Comprendre le filament d'impression 3D en fer magnétique :matériaux, propriétés et applications

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

L’impression 3D au fer magnétique consiste à utiliser des filaments de plastique chargés de fer pour imprimer en 3D des pièces qui semblent métalliques. L'impression avec ce filament se fait par un processus complètement différent des techniques utilisées pour l'impression de poudre métallique, telles que DMLS et SLM, qui font fondre et fusionner la poudre métallique en vrac pour construire des pièces métalliques. En revanche, les pièces finies imprimées à l’aide d’un filament de fer magnétique restent une matrice plastique avec charge métallique. Bien que les pièces imprimées avec un filament de fer magnétique aient un aspect métallique, leur résistance et leur durabilité sont presque les mêmes que celles du polymère PLA parent. Les pièces imprimées avec ces filaments spéciaux 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 y adhéreront. Pour plus d'informations, consultez notre guide de 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 du filament. 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 volume ou pourcentage en poids restant comprend le 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 travaux d'impression plus difficiles et des pièces cassantes. Outre le PLA, l'ABS et le nylon, ils peuvent également être remplis de poudres de fer pour fabriquer des filaments magnétiques.

Quelles sont les propriétés du filament de fer magnétique ?

Malgré leur aspect métallique, les pièces imprimées avec un filament de fer magnétique ne partagent pas beaucoup de caractéristiques avec les métaux réels. 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 similaires à celles du matériau de la matrice thermoplastique primaire qu'à celles 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, ce qui augmente le taux d'usure de la buse d'extrusion de l'imprimante par rapport au filament uniquement en plastique.
6. La capacité de pontage et de support est médiocre en raison de la densité accrue du filament due aux poudres de fer.

Comparaison des propriétés des filaments de fer magnétique

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

Tableau 1 :Caractéristiques du PLA magnétique rempli de fer, du PLA et de l'ABS

Propriété PLA magnétique rempli de fer PLA standard ABS

Propriété

Robustesse

PLA magnétique rempli de fer

Faible

PLA standard

Base

ABS

Élevé

Propriété

Flexibilité

PLA magnétique rempli de fer

Minime

PLA standard

Certains

ABS

Plus

Propriété

Densité

PLA magnétique rempli de fer

Jusqu'à 1,5 x filament de base

PLA standard

Base

ABS

Faible

Propriété

Apparence

PLA magnétique rempli de fer

Métallique

PLA standard

Brillant

ABS

Brillant

Propriété

Usure des buses pendant l'impression

PLA magnétique rempli de fer

Plus haut

PLA standard

Norme

ABS

Norme

Propriété

Capacité de transition et de support

PLA magnétique rempli de fer

Pauvre

PLA standard

Bien

ABS

Bien

Propriété

Biodégradable ?

PLA magnétique rempli de fer

Oui

PLA standard

Oui

ABS

Non

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

Les filaments remplis de métal sont connus pour être difficiles à imprimer, et ce n’est pas différent des filaments de fer magnétiques. Les limites de l'impression 3D avec du fer magnétique concernent les paramètres d'impression et leur impact sur la qualité de la pièce finale. L’un des défis réside dans le fait que les fines particules de poudre de fer magnétique présentes dans le filament abrasent la pointe de la buse, entraînant une usure accélérée. 

Une autre limitation réside dans les faibles capacités de support des ponts et des surplombs des filaments de fer magnétiques. 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 bouchons et des bourrages lors de 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 paramètres pour une impression particulière. Par rapport aux filaments standards, comme le PLA, les pièces imprimées avec des filaments de fer magnétiques nécessitent une plus grande attention aux détails du processus pour obtenir des pièces présentant les qualités souhaitées.

Pourquoi le fer magnétique est-il utilisé dans l'impression 3D ?

Les filaments d'impression 3D en fer magnétique sont utilisés dans l'impression 3D pour créer des pièces ayant un aspect métallique sans avoir besoin d'une imprimante 3D métallique coûteuse ou de processus de fabrication métallique traditionnels. Les pièces aux reflets métalliques réalistes comme les sculptures, les bijoux, les ornements, les accessoires et les répliques font partie des applications les plus courantes des filaments de fer magnétiques dans l'impression 3D. Au-delà des pièces ornementales et décoratives, les pièces imprimées avec ces filaments sont de plus en plus utilisées 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 magnétiques ne doit être utilisée à la place d'une pièce métallique sauf si la pièce est non porteuse ou uniquement esthétique. 

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

L'impression avec des filaments de fer magnétiques peut être plus difficile que l'impression avec des filaments standards, mais ce n'est pas impossible. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des meilleures pratiques pour utiliser le fer magnétique dans l'impression 3D :

1. Les petites poudres de fer présentes dans le filament peuvent abraser et user rapidement les buses en laiton. Utilisez une buse résistante à l'usure en acier trempé ou en acier inoxydable pour les filaments chargés de métal. Vérifiez régulièrement l'état d'usure de votre buse.
2. Les buses standards ont un orifice de 0,4 mm de diamètre. Les particules métalliques ont tendance à s'agglutiner autour de l'orifice et à empêcher les filaments de s'alimenter. Pour éviter l'agglutination autour de l'orifice, utilisez une buse avec un orifice plus grand (0,5-0,6 mm).
3. Étant donné que les filaments chargés en métal sont plus denses que les filaments polymères standards, ils sont plus lourds pour une taille de filament donnée. Cette augmentation de poids 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 cela peut être utile, évitez d'imprimer des pièces avec des ponts ou des surplombs lorsque vous utilisez un filament d'impression 3D en fer magnétique.
4. Les filaments chargés de métal étant fragiles, ils peuvent facilement se casser ou se fissurer. Ce problème peut se produire si le chemin d'impression du filament comporte trop de coins pointus entre la bobine et l'extrudeuse. Pour résoudre ce problème, minimisez la distance entre la bobine et l'extrudeuse :plus les deux sont proches, mieux c'est. 
5. Les poudres métalliques présentes dans le filament empêchent l'extrudeur de rétracter le matériau fondu dans la buse pendant l'impression. Cette rétraction entraîne des taches 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 avec fer magnétique ?

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

Tableau 2. Paramètres de l'imprimante 3D à fer magnétique

Paramètres de l'imprimante Valeur

Paramètres de l'imprimante

Température du lit

Valeur

Ambiante à 60 ℃

Paramètres de l'imprimante

Température de la buse

Valeur

185-215 ℃

Paramètres de l'imprimante

Vitesse d'impression

Valeur

10-20 mm/s (première couche); 20-80 mm/s (reste de la pièce)

Paramètres de l'imprimante

Vitesse du ventilateur de l'extrudeuse

Valeur

10 à 20 % du régime maximum

Paramètres de l'imprimante

Rétractation 

Valeur

Minime

Paramètres de l'imprimante

Hauteur de couche

Valeur

0,15-0,20 mm

Paramètres de l'imprimante

Lit d'impression

Valeur

Appliquez de la colle disparaissante, du ruban pour peintre ou du PEI

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

Les meilleures vitesses d'impression 3D pour les filaments magnétiques chargés de fer sont de 10 à 20 mm/s pour la première couche et de 20 à 80 mm/s pour toutes les couches suivantes. Utilisez une vitesse d'impression plus lente au début de l'impression pour garantir l'adhérence au lit d'impression. Une fois la première couche terminée, les vitesses d'impression doivent être augmentées pour éviter les obstructions et les bourrages 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 ℃) pour le filament Protopasta, car seul le plastique fond réellement, pas les poudres métalliques. Cependant, comme les filaments chargés de métal sont plus fragiles que leurs homologues non chargés, il peut être nécessaire d'utiliser des températures légèrement plus élevées pour réduire la fragilité. 

Un lit d'impression chauffant est-il requis lors de l'impression avec du fer magnétique ?

Non, un lit chauffant n’est pas nécessaire lors de l’impression avec des filaments magnétiques remplis de fer. Mais ils peuvent être extrêmement bénéfiques. Des températures de lit plus élevées peuvent faciliter l’adhérence du lit, aider à réduire les contraintes résiduelles dans les pièces imprimées et aider à prévenir le gauchissement. Les lits peuvent avoir des températures qui correspondent à la température ambiante ou peuvent atteindre 60 ℃. 

Qu'est-ce qu'une bonne épaisseur de paroi pour l'impression 3D de fer magnétique ?

Les bonnes épaisseurs de paroi pour les pièces imprimées avec des filaments de fer magnétiques sont similaires aux épaisseurs de paroi de leur plastique de base primaire. Pour le PLA magnétique chargé de fer, il est recommandé que l'épaisseur de paroi soit de 1,5 mm, 0,8 mm étant le minimum absolu.

Qu'est-ce qu'une bonne densité de paroi pour l'impression 3D de fer magnétique ?

Une « bonne » densité de remplissage pour l’impression 3D avec du fer magnétique se résume aux propriétés souhaitées de la pièce imprimée finale. Il existe une corrélation entre la densité des murs ou du remplissage et la résistance des pièces imprimées en 3D résultantes. Si le maintien d'une vitesse d'impression élevée est un problème, envisagez d'utiliser une densité de remplissage plus faible (15 à 50 %). La diminution de la densité de remplissage entraînera des pièces susceptibles de se plier et de se casser facilement en raison de la fragilité des filaments chargés de métal, mais l'impression à grande vitesse pourrait être utilisée pour vérifier rapidement la géométrie et l'esthétique des pièces. Pensez à utiliser un remplissage plus dense (50 à 80 %) pour des pièces fonctionnelles et durables.

Quelle est la différence entre le fer magnétique et le PLA dans l'impression 3D ?

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

Résumé

Cet article présente le filament d'impression 3D en fer magnétique, explique de quoi il s'agit et discute des 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 titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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