Sélection des matériaux ABS pour une impression 3D FDM de haute qualité

Les plastiques ABS forment une famille de résines thermoplastiques courantes, caractérisées par leur haute résistance aux chocs, rigidité et résistance chimique. Obtenus par polymérisation d'un durcisseur caoutchouteux avec des composés styrène et acrylonitrile, les ABS sont peu coûteux à produire, faciles à usiner (CNC) et excellents pour le moulage par injection. Les ABS et les matériaux ASA (Acrylonitrile Styrène Acrylate) apparentés ont des points de fusion bas, les rendant idéaux pour certains procédés de fabrication additive.

Le dépôt de fil fondu (FDM) est une méthode additive créant des pièces par extrusion de matériau à travers une buse chauffée, couche par couche. Les imprimantes FDM peuvent fabriquer des pièces plus grandes que beaucoup d'autres technologies additives, et permettent de créer rapidement et économiquement des prototypes et pièces finales avec diverses options de finition.

Cependant, différents matériaux ABS et ASA permettent de créer des composants FDM aux caractéristiques physiques et chimiques variées. Il est donc essentiel que les équipes produit laissent les besoins de l'application finale guider le choix du matériau.

Principaux critères de choix pour l'impression FDM

Lors de la sélection d'un thermoplastique ABS, les ingénieurs doivent considérer l'application finale, la fonction, l'apparence, et si le matériau nécessite des certifications supplémentaires.

L'application de la pièce doit être le moteur principal du choix. Par exemple, utiliser des matériaux souples et flexibles pour des composants nécessitant haute résistance et résistance aux chocs ne ferait que compromettre l'efficacité fonctionnelle.

Le choix du matériau doit donc s'aligner sur les caractéristiques requises. La performance attendue limitera également le panel de matériaux viables. Les pièces devant être ignifuges, résistantes aux UV, flexibles ou isolantes électriquement soulèveront chacune des considérations spécifiques.

Certains ABS peuvent être imprimés en FDM en quadrichromie (CMJN) haute résolution avec finitions cosmétiques impressionnantes, tandis que d'autres nécessiteront polissage ou post-production. Ces coûts additionnels ne sont pas nécessairement prohibitifs, mais doivent être gardés à l'esprit.

Enfin, selon l'application, les matériaux peuvent devoir être certifiés pour la biocompatibilité, résistance chimique, capacité de stérilisation, toxicité, etc., par la FDA ou d'autres organismes sectoriels.

Voici les matériaux ABS et ASA les plus courants pour le FDM. Notez que les métriques suivantes sont basées sur les matériaux Stratasys, avec de possibles variations entre fournisseurs.

PC-ABS

Cette combinaison de polycarbonate (PC) et d'ABS est résistante, durable et thermorésistante, avec une bonne résistance à la flexion. Le PC-ABS est très utile pour la fabrication d'équipements industriels et le prototypage d'outils électriques. Les métriques ci-dessous concernent le plan XZ, sauf indication contraire.

• Température de fléchissement sous charge @ 66 psi : 257 °F (125 °C)
• Limite d'élasticité : 36 MPa (5 300 psi)
• Allongement @ limite : 3,01 %
• Résistance @ rupture (orientation ZX) : 34 MPa (5 070 psi)
• Allongement @ rupture : 4,7 %
• Module de traction : 1,98 GPa (270 ksi)
• Module de flexion : 1,9 GPa (270 ksi)
• Résistance aux chocs : 249 J/m entaillé (655 J/m non entaillé)

ABS-ESD7

Ce thermoplastique possède des propriétés dissipatives d'électricité statique, idéal pour les applications sensibles aux décharges électrostatiques : outillage d'assemblage électronique, emballages, boîtiers.

• Température de fléchissement sous charge @ 66 psi : 221 °F (105 °C)
• Limite d'élasticité : 35 MPa (5 130 psi)
• Allongement @ limite : 2,06 %
• Résistance @ rupture (orientation ZX) : 35 MPa (4 920 psi)
• Allongement @ rupture : 3,4 %
• Module de traction : 2,7 GPa (390 ksi)
• Module de flexion : 2,4 GPa (350 ksi)
• Résistance aux chocs : 35 J/m entaillé (200 J/m non entaillé)

ABS-M30

L'ABS-M30 offre une meilleure adhérence inter-couches que l'ABS standard, conférant une résistance significativement supérieure. Excellent pour prototypes fonctionnels, outillage et pièces finales.

• Température de fléchissement sous charge @ 66 psi : 220 °F (104 °C)
• Limite d'élasticité : 30 MPa (4 470 psi)
• Allongement @ limite : 8,06 %
• Résistance @ rupture (orientation ZX) : 35 MPa (4 920 psi)
• Allongement @ rupture : 3,4 %
• Module de traction : 2,4 GPa (320 ksi)
• Module de flexion : 2,22 GPa (320 ksi)
• Résistance aux chocs : 100 J/m entaillé (290 J/m non entaillé)

ABS-M30i

Ce matériau haute résistance, similaire à l'ABS-M30, offre en plus la biocompatibilité. Il peut être stérilisé, le rendant adapté aux composants FDM en contact avec aliments, médicaments ou peau.

• Température de fléchissement sous charge @ 66 psi : 204 °F (96 °C)
• Limite d'élasticité : 331 MPa (48 007 psi)
• Allongement @ rupture : 4 %
• Résistance à la traction : 36 MPa (4 650 psi)
• Module de traction : 2 400 MPa (350 000 psi)
• Résistance à la flexion : 61 MPa (8 800 psi)
• Module de flexion : 2 300 MPa (336 000 psi)
• Résistance aux chocs : 139 J/m entaillé (283 J/m non entaillé)

ASA

L'ASA est similaire à l'ABS mais offre une résistance UV supérieure, d'où son utilisation courante pour pièces exposées aux intempéries et applications infrastructurelles.

• Température de fléchissement sous charge @ 66 psi : 216 °F (102 °C)
• Limite d'élasticité : 33 MPa (4 750 psi)
• Allongement @ limite : 2,52 %
• Résistance @ rupture (orientation ZX) : 30 MPa (4 630 psi)
• Allongement @ rupture : 5,9 %
• Module de traction : 2,14 GPa (310 ksi)
• Module de flexion : 1,97 GPa (285 ksi)
• Résistance aux chocs : 45 J/m entaillé (285 J/m non entaillé)

Pourquoi ABS/ASA ?

Les résines ABS et ASA sont solides, durables et résistantes à l'abrasion, adaptées à une large gamme d'applications : boîtiers de protection, biens de consommation emballés, objets devant résister à l'usure. Les ABS présentent aussi une bonne isolation électrique et une haute stabilité dimensionnelle (pas de dégradation mécanique dans le temps). De plus, les résines ABS et ASA sont économiques à fabriquer, accessibles à tous les budgets.

Notons que les résines ABS deviennent cassantes après longue exposition au soleil. Cependant, comme mentionné, les plastiques ASA offrent une bien meilleure résistance aux UV et aux intempéries.

Démarrer avec ABS/ASA

Les résines ABS et ASA forment un groupe polyvalent de thermoplastiques connus pour leur haute résistance, rigidité et résistance aux chocs — idéal pour de nombreuses applications exigeant de la durabilité. Comme la famille ABS offre une gamme de propriétés physiques et chimiques différentes, choisir le matériau le mieux adapté à l'application est crucial pour le succès de la pièce.

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