Matériaux d'impression 3D mentionnés dans cet article :
- PLA - Matériel pour amateurs
- ABS - Matériau industriel de qualité inférieure
- PETG - Matériau industriel de qualité inférieure
- Nylon - Matériau de niche résistant et flexible
- TPE - Matériau de niche flexible
- Polycarbonate - Matériau industriel de qualité moyenne
- PEEK/ULTEM - Superplastiques, idéaux pour les utilisations industrielles
- Plastiques renforcés de fibres courtes- Superplastiques, idéaux pour les utilisations industrielles
- Fibres continues (fibre de carbone, fibre de verre et kevlar) - Matériaux composites, idéaux pour les utilisations industrielles
Le processus d'impression par fusion de filaments (FFF) est incroyablement adaptable, mais il ne convient pas à tous les plastiques. En raison des contraintes strictes requises pour extruder avec précision du plastique à partir d'une minuscule buse, les plastiques traditionnels optimisés à l'origine pour le moulage par injection ne s'impriment pas. Les plastiques imprimables couvrent cependant un large éventail de compositions, de contraintes d'impression et de propriétés des matériaux. Pour trouver le bon matériau, vous devez faire correspondre les exigences de vos applications aux propriétés des matériaux que vous pouvez imprimer. Dans cet article, nous examinons les forces et les faiblesses de divers thermoplastiques.
Outre l'impression de thermoplastiques, Markforged adapte également le processus FFF à l'impression de matériaux non plastiques. Dans la fabrication par filament continu (CFF), une imprimante 3D FFF équipée d'une deuxième buse spécialisée dépose de la fibre de carbone, de la fibre de verre ou du Kevlar® en continu sur une pièce. La fabrication additive par diffusion atomique (ADAM) s'appuie sur la technologie existante de fabrication de métal par moulage par injection de métal (MIM), en utilisant un processus basé sur la FFF pour imprimer de la poudre de métal enfermée dans un liant plastique. Ces pièces imprimées sont placées dans un bain de solvant pour éliminer le matériau de liaison et sont frittées pour devenir des pièces entièrement métalliques.
Thermoplastiques standard
L'impression 3D s'est développée rapidement, tout comme la variété des filaments d'impression. Malgré cet essor, la plupart des thermoplastiques imprimables en 3D par FFF se répartissent en trois catégories : les thermoplastiques de base, les thermoplastiques de niche et les superplastiques.
Thermoplastiques debase : Ces plastiques n'ont pas d'excellentes qualités, mais ce sont les thermoplastiques d'impression les plus courants. Le PLA, le plastique d'impression le plus courant, s'imprime bien et possède des propriétés mécaniques correctes. Cependant, son absence totale de résistance à la chaleur et sa faible durabilité le rendent impossible à utiliser dans des environnements industriels. L'ABS présente une résistance supérieure à la chaleur, mais il n'est pas particulièrement solide et réagit mal à la plupart des produits chimiques utilisés dans la fabrication. Le PETG, un sous-ensemble de polyéthylène destiné à l'impression, est un croisement entre les deux : il est un peu plus solide que l'ABS et un peu plus résistant à la chaleur que le PLA, mais il n'est pas encore assez robuste pour la plupart des environnements de fabrication.
Nichethermoplastique: Les thermoplastiques de niche présentent une ou deux facettes excellentes qui les rendent très utiles dans des applications spécifiques. Le nylon en est un parfait exemple. Il n'est ni rigide ni particulièrement solide et ne résiste pratiquement pas à la chaleur, mais il est extrêmement durable et présente une remarquable résistance aux produits chimiques. Par conséquent, il est utilisé dans des applications où la flexibilité et la durabilité sont des caractéristiques importantes. Le TPU (ou TPE) est un matériau extrêmement ductile qui présente des propriétés similaires à celles du nylon, avec un peu plus de souplesse. Le polycarbonate est un excellent plastique à bien des égards - assez solide et résistant à la chaleur - mais il n'est que modérément durable et résistant aux produits chimiques.
Les superplastiques : Ces matériaux possèdent tous les aspects nécessaires pour prospérer dans les environnements de fabrication. Le PEEK et l'Ultem sont tous deux des plastiques solides et rigides qui présentent une résistance à la chaleur et une résistance chimique extrêmement élevées. Les ingénieurs les ont beaucoup utilisés dans la fabrication avant qu'ils ne soient imprimables en 3D, et ils utilisent aujourd'hui des imprimantes pour créer des montages personnalisés et robustes à partir de ces matériaux.
Thermoplastiques chargés
Un thermoplastique chargé est un matériau dans lequel un plastique standard est imprégné de minuscules particules d'un second matériau. La concentration du second matériau peut varier, mais il s'agit toujours principalement d'un thermoplastique par sa composition et son comportement. L'ajout de particules d'un matériau plus résistant à un thermoplastique peut modifier de nombreuses propriétés du matériau (bien que la résistance chimique dépende toujours entièrement du plastique).
Les thermoplastiques chargés se répartissent en deux catégories : les plastiques chargés de matériaux exotiques et les plastiques renforcés de fibres courtes. Les plastiques chargés de matériaux exotiques sont plus proches des plastiques de niche, car leurs matériaux secondaires (café, bois et autres matériaux) modifient la texture et l'apparence plus que les propriétés mécaniques. Les plastiques renforcés en fibres courtes, quant à eux, utilisent des fibres de qualité industrielle pour améliorer les propriétés matérielles des thermoplastiques d'impression. Le plus courant d'entre eux est le nylon renforcé de fibres de carbone courtes, un plastique à base de nylon imprégné de morceaux microscopiques de fibres de carbone.
L'ajout d'une quantité adéquate de fibres de carbone au nylon le fait passer du statut de plastique de niche à celui de superplastique. Les fibres renforcent considérablement la solidité, la rigidité et la résistance à la chaleur, et la stabilité dimensionnelle ajoutée par la fibre de carbone permet d'imprimer le plastique aussi bien que n'importe quel plastique FFF existant. Les pièces imprimées en 3D dans ce matériau sont excellentes dans une grande variété d'applications et sont souvent confondues avec des pièces qui ne sont pas imprimées. Le matériau Onyx de Markforged est un plastique rempli de fibres de carbone de cette variété.
En remplissant le nylon de fibres de carbone, on obtient un matériau complètement différent. L'ajout de fibres de carbone augmente encore la résistance et la rigidité, mais au prix d'une baisse de la qualité d'impression. Lorsque la concentration de particules de fibres de carbone augmente, le thermoplastique de liaison ne peut pas s'écouler correctement à travers le système d'impression, ce qui laisse des pièces présentant des défauts visibles et une texture de surface rugueuse. Ces matériaux, bien que remarquables en soi, sont plus proches des plastiques de niche que des superplastiques.
Continuous fiber fabrication (CFF) (fabrication en fibres continues)
Si les fibres de carbone courtes sont remarquables dans leur capacité à renforcer les thermoplastiques, les fibres continues peuvent ajouter beaucoup plus de résistance aux pièces. Markforged utilise une combinaison d'impression FFF et de fabrication de fibres continues (CFF) pour déposer des fibres longues dans des pièces thermoplastiques imprimées de manière conventionnelle. Cette technologie est également basée sur l'extrusion et imprime via une buse secondaire, mais au lieu de faire fondre le filament entier, elle utilise la chaleur de sa buse pour "repasser" les fibres en une couche thermoplastique. Les fibres ne fondent pas, mais sont capturées par la matrice thermoplastique de la même manière que les adhésifs thermodurcissables comme l'époxy capturent les fibres au sein des méthodes traditionnelles de fabrication de fibres.
Les pièces obtenues sont d'un ordre de grandeur plus solide, plus rigide et plus durable que le plastique (chargé ou non) et conservent la résistance à la chaleur, la résistance chimique et la qualité d'impression de leur matrice thermoplastique. Avec Markforged, vous pouvez imprimer du nylon renforcé de fibres de carbone courtes (Onyx) avec un renforcement continu des fibres.
Métaux (ADAM)
Pour imprimer du métal, la Markforged Metal X utilise une forme spécialisée de FFF appelée Atomic Diffusion Additive Manufacturing (ADAM). Comme pour les thermoplastiques chargés, la machine extrude un filament composé d'un liant plastique rempli de petites poudres métalliques selon un processus presque identique à celui de la FFF. La pièce ainsi obtenue est lavée pour éliminer les matières liantes et frittée pour obtenir une pièce métallique. Ces pièces sont entièrement métalliques, mais présentent des propriétés géométriques similaires à celles des pièces plastiques FFF conventionnelles. Pour en savoir plus sur le processus, consultez le site Metal X.