Filament d'impression 3D en fer magnétique : matériaux, propriétés et applications

Qu'est-ce que l'impression 3D en fer magnétique ?

L'impression 3D en fer magnétique utilise des filaments chargés en fer pour imprimer des pièces à l'aspect métallique. L'impression avec ce filament se fait par un processus complètement différent des techniques utilisées pour l'impression de métal en poudre, telles que le DMLS et le SLM, qui fondent et fusionnent la poudre métallique en vrac pour construire des pièces métalliques. En revanche, les pièces finies imprimées avec du filament de fer magnétique restent une matrice plastique avec une charge métallique. Bien que les pièces imprimées avec ces filaments spéciaux aient un aspect métallique, leur résistance et leur durabilité sont presque identiques à celles du polymère PLA parent. Les pièces imprimées avec ces filaments peuvent être plus fragiles que le PLA standard. L'utilisation de ces filaments pour imprimer des pièces rendra les pièces finies ferromagnétiques, ce qui signifie que les matériaux magnétiques s'y colleront. Pour plus d'informations, consultez notre guide sur l'impression 3D.

Quelle est la composition du filament de fer magnétique ?

La composition du filament d'impression 3D en fer magnétique dépend du fabricant. Cependant, en général, le pourcentage de fer magnétique dans un filament est d'environ 5 à 15 % du volume ou du poids total du filament. Le pourcentage restant en volume ou en poids est constitué du matériau thermoplastique de base. Des pourcentages plus élevés de fer conduisent à une finition plus métallique et à des propriétés ferromagnétiques plus fortes, mais entraîneront des impressions plus difficiles et des pièces plus fragiles. Outre le PLA, l'ABS et le Nylon peuvent également être chargés de poudres de fer pour créer des filaments magnétiques.

Quelles sont les propriétés du filament de fer magnétique ?

Malgré leur aspect métallique, les pièces imprimées avec du filament de fer magnétique ne partagent pas de nombreuses caractéristiques avec les vrais métaux. La liste ci-dessous décrit certaines propriétés des filaments de fer magnétique :

1. Ils produisent des pièces avec un éclat métallique.
2. Ils ont des propriétés ferromagnétiques (le fer et d'autres matériaux magnétiques sont attirés par les pièces imprimées avec des filaments d'impression 3D en fer magnétique).
3. Ils ont une résistance et des propriétés (mécaniques, thermiques, électriques, chimiques, degré de biodégradabilité et de recyclabilité) plus proches du matériau thermoplastique de base que du métal ajouté.
4. Ils ont une densité environ 1,5 fois supérieure à celle du matériau de base du filament polymère.
5. Les particules de poudre métallique sont abrasives, augmentant le taux d'usure de la buse d'extrusion de l'imprimante par rapport au filament plastique seul.
6. La capacité de pontage et de support est médiocre en raison de l'augmentation de la densité du filament due aux poudres de fer.

Comparaison des propriétés du filament de fer magnétique

Le tableau 1 ci-dessous montre une comparaison de certains attributs de divers filaments d'impression 3D :

Tableau 1 : Caractéristiques du PLA chargé en fer magnétique vs PLA standard vs ABS

Propriété	PLA chargé en fer magnétique	PLA standard	ABS
Tenacité	Faible	Base	Élevée
Flexibilité	Minimale	Quelques	Plus
Densité	Jusqu'à 1,5 x filament de base	Base	Faible
Apparence	Métallique	Brillante	Brillante
Usure de la buse pendant l'impression	Plus élevée	Standard	Standard
Capacité de pontage et de support	Médiocre	Bonne	Bonne
Biodégradable ?	Oui	Oui	Non

Quelles sont les limitations de l'impression 3D avec du fer magnétique ?

Les filaments chargés en métal sont réputés pour être difficiles à imprimer, et les filaments de fer magnétique ne font pas exception. Les limitations de l'impression 3D avec du fer magnétique concernent les paramètres d'impression et leur impact sur la qualité finale de la pièce. Un défi est que les fines particules de poudre de fer magnétique dans le filament abrasent l'extrémité de la buse, entraînant une usure accélérée.

Une autre limitation est la faible capacité de pontage et de support des surplombs des filaments de fer magnétique. Cette limitation est due à l'augmentation de la densité du filament résultant de l'ajout de poudres métalliques.

Enfin, la fraction de poudre métallique peut provoquer des bourrages pendant l'impression. Cela signifie que les paramètres d'impression tels que les vitesses et avances d'impression, les épaisseurs de couche et les distances de rétraction doivent être affinés et optimisés pour trouver les meilleurs réglages pour une impression particulière. Comparés aux filaments standards comme le PLA, les pièces imprimées avec du filament de fer magnétique nécessitent une attention plus soutenue aux détails du processus pour obtenir des pièces aux qualités souhaitées.

Pourquoi utilise-t-on le fer magnétique dans l'impression 3D ?

Les filaments d'impression 3D en fer magnétique sont utilisés pour créer des pièces ayant un aspect métallique sans avoir besoin d'une imprimante 3D métal coûteuse ou de processus de fabrication métallique traditionnels. Les pièces avec des reflets métalliques réalistes comme les sculptures, bijoux, ornements, accessoires et répliques sont parmi les applications les plus courantes des filaments de fer magnétique en impression 3D. Au-delà des pièces ornementales et décoratives, les pièces imprimées avec ces filaments trouvent une utilisation accrue dans divers capteurs et actionneurs, petits moteurs et dispositifs de stockage informatique. Bien que l'utilisation de filaments d'impression 3D en fer magnétique puisse créer des pièces qui ressemblent à du fer, ces pièces n'ont pas les caractéristiques physiques ou chimiques du fer. En aucun cas une pièce imprimée avec des filaments de fer magnétique ne doit être utilisée à la place d'une pièce métallique, sauf si la pièce n'est pas porteuse ou purement esthétique.

Comment utiliser le fer magnétique dans l'impression 3D ?

L'impression avec des filaments de fer magnétique peut être plus difficile qu'avec des filaments standards, mais ce n'est pas impossible. Voici quelques bonnes pratiques pour utiliser le fer magnétique dans l'impression 3D :

1. Les petites poudres de fer présentes dans le filament peuvent abîmer et user rapidement les buses en laiton. Utilisez une buse résistante à l'usure en acier trempé ou inoxydable pour les filaments chargés en métal. Vérifiez régulièrement l'état d'usure de votre buse.
2. Les buses standard ont un orifice de 0,4 mm de diamètre. Les particules métalliques ont tendance à s'agglutiner autour de l'orifice et empêchent le filament de s'alimenter. Pour éviter l'agglomération autour de l'orifice, utilisez une buse avec un orifice plus grand (0,5-0,6 mm).
3. Comme les filaments chargés en métal sont plus denses que les filaments polymères standards, ils sont plus lourds pour une taille de filament donnée. Ce poids accru peut entraîner un affaissement ou une rupture du filament lorsque les instructions d'impression nécessitent de combler un espace ou d'imprimer un surplomb. Si possible, évitez d'imprimer des pièces avec des ponts ou des surplombs en utilisant du filament d'impression 3D en fer magnétique.
4. Comme les filaments chargés en métal sont fragiles, ils peuvent facilement se casser ou se fissurer. Ce problème peut survenir si le chemin d'impression du filament comporte trop de coins aigus entre la bobine et l'extrudeur. Pour résoudre ce problème, minimisez la distance entre la bobine et l'extrudeur - plus ils sont proches, mieux c'est.
5. Les poudres métalliques dans le filament rendent difficile pour l'extrudeur de rétracter le matériau fondu dans la buse pendant l'impression. Cette rétraction entraîne des bavures de matériau au début et à la fin d'un segment d'impression particulier. Optimisez les paramètres de rétraction pour éviter la rétraction.

Quels sont les meilleurs paramètres de configuration pour l'impression 3D en fer magnétique ?

Protoplant, Inc. fabrique un filament populaire chargé en fer magnétique sous la marque Protopasta. Bien que les paramètres d'imprimante pour les filaments chargés en métal diffèrent selon le fabricant, les paramètres recommandés par Protopasta pour leur filament PLA chargé en fer magnétique peuvent être considérés comme typiques, et sont listés dans le tableau 2 ci-dessous :

Tableau 2. Paramètres d'imprimante 3D pour fer magnétique

Paramètre d'imprimante	Valeur
Température du plateau	Ambiant à 60 °C
Température de la buse	185-215 °C
Vitesse d'impression	10-20 mm/s (première couche) ; 20-80 mm/s (reste de la pièce)
Vitesse du ventilateur d'extrudeur	10-20 % du RPM max
Rétraction	Minimale
Hauteur de couche	0,15-0,20 mm
Plateau d'impression	Appliquer de la colle effaçable, du ruban de peintre ou du PEI

Quelle est la meilleure vitesse d'impression 3D pour le fer magnétique ?

Les meilleures vitesses d'impression 3D pour les filaments chargés en fer magnétique sont de 10-20 mm/s pour la première couche et 20-80 mm/s pour toutes les couches suivantes. Utilisez une vitesse d'impression plus lente au début de l'impression pour assurer l'adhérence au plateau. Après la première couche terminée, les vitesses d'impression doivent être augmentées pour éviter les bourrages et les blocages dans la buse.

Quelle est la température de fusion du filament de fer magnétique ?

La température de fusion du filament d'impression 3D en fer magnétique est à peu près la même que celle du PLA standard (180-190 °C) pour le filament Protopasta, car seul le plastique fond réellement - pas les poudres métalliques. Cependant, comme les filaments chargés en métal sont plus fragiles que leurs homologues non chargés, des températures légèrement plus élevées peuvent être nécessaires pour réduire la fragilité.

Un plateau chauffant est-il requis pour l'impression avec du fer magnétique ?

Non, un plateau chauffant n'est pas requis pour l'impression avec des filaments chargés en fer magnétique. Mais ils peuvent être extraordinairement bénéfiques. Des températures de plateau plus élevées peuvent favoriser l'adhérence au plateau, aider à réduire les contraintes résiduelles dans les pièces imprimées et aider à prévenir le gauchissement. Les plateaux peuvent avoir des températures correspondant à la température ambiante ou jusqu'à 60 °C.

Quelle est une bonne épaisseur de paroi pour l'impression 3D en fer magnétique ?

Les bonnes épaisseurs de paroi pour les pièces imprimées avec des filaments de fer magnétique sont similaires à celles de leur plastique de base principal. Pour le PLA chargé en fer magnétique, les épaisseurs de paroi sont recommandées à 1,5 mm, avec 0,8 mm comme minimum absolu.

Quelle est une bonne densité de remplissage pour l'impression 3D en fer magnétique ?

Une « bonne » densité de remplissage pour l'impression 3D avec du fer magnétique dépend des propriétés souhaitées de la pièce finale imprimée. Il y a une corrélation entre la densité de paroi ou de remplissage et la résistance des pièces imprimées 3D résultantes. Si le maintien d'une vitesse d'impression élevée est une préoccupation, envisagez d'utiliser une densité de remplissage plus faible (15-50 %). La réduction de la densité de remplissage conduira à des pièces qui peuvent potentiellement se plier et se casser facilement en raison de la fragilité des filaments chargés en métal, mais l'impression à haute vitesse pourrait être utilisée pour vérifier rapidement la géométrie et l'esthétique de la pièce. Envisagez d'utiliser un remplissage plus dense (50-80 %) pour des pièces fonctionnelles et durables.

Quelle est la différence entre le fer magnétique et le PLA en impression 3D ?

La plus grande différence entre le filament d'impression PLA pur et le filament PLA chargé en fer magnétique est que le PLA chargé en fer magnétique est magnétique. Ces poudres métalliques conduisent à des pièces plus fragiles et des travaux d'impression qui nécessitent plus de réglages fins et d'attention que les pièces en PLA standard. Les pièces imprimées en fer magnétique peuvent avoir un aspect métallique et présenter des propriétés magnétiques, mais conservent de nombreuses caractéristiques et propriétés identiques au PLA standard.

Résumé

Cet article a présenté le filament d'impression 3D en fer magnétique, expliqué ce qu'il est et discuté les différents facteurs à prendre en compte lors de son utilisation en impression 3D. Pour en savoir plus sur le filament d'impression 3D en fer magnétique, contactez un représentant Xometry.

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Dean McClements

Dean McClements est diplômé B.Eng Honors en génie mécanique avec plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel inclut des rôles significatifs dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus et innovations d'ingénierie.

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