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Les Plastiques dans l'Impression 3D 

Le plastique est le matériau le plus utilisé dans la fabrication additive. Il apparait selon différentes formes, solide, liquide ou en poudre selon les technologies utilisées.  Il existe trois grandes familles de plastiques ; les thermodurcissables, les thermoplastiques ou encore les élastomères.

Les thermoplastiques deviennent mous sous l’effet de la chaleur et durcissent lors de leur refroidissement, le procédé peut être répété. De la même manière les thermodurcissables, ramollissent lorsqu’ils sont chauffés mais prennent leurs formes définitives en refroidissant. Les élastomères quant à eux présentent des caractéristiques d’élasticité développées, leur résistance à la déformation est plus importante que chez les autres familles.

Les principaux plastiques utilisés sont l’ABS, le PLA, les polyamides et la résine.

Matériaux de construction principaux

PLA 

L’acide Polylactique est un biodégradable d’origine végétal (à partir d’extrais d’amidon). Il est sensible à l’humidité et aux variations de température c’est pourquoi il est important de le conserver dans un milieu sec.

Ce matériau est très peu flexible et est peu soumis au Warping (courbure des bords de la pièce), l’utilisation d’un plateau de construction chauffé n’est donc pas nécessaire. Sa vitesse élevée de durcissement tout comme le fait qu’il déteigne au contact de l’eau rend son utilisation plus complexe. Cependant de nombreuses finitions sont compatibles avec ce matériau. L’avantage supplémentaire du PLA est de dégager une odeur sucrée moins désagréable que l’ABS lorsqu’il est chauffé.

  • Température d’impression : entre 190 et 210 °C
  • Densité : 1,25 g/cm3
  • Résistance à la traction : entre 50 et 70 MPa
  • Résistance à la flexion : 1000 MPa
  • Allongement à la rupture : jusqu’à 10%
  • Technologie : FDM

ABS 

Acrylonitrile Butadiène Styrène est le plastique le plus utilisé dans la fabrication additive, que ce soit dans les carrosseries automobiles ou les appareils électroménagers. Il s’agit d’un matériau très polyvalent, sensible aux rayons UV, réalisé à base de pétrole. Sa caractéristique principale est sa résistance. En effet, ce matériau est réputé pour sa tenue au choc à très basses températures, jusqu’à -40°C.

Parmi la liste de ses avantages, on notera particulièrement son excellente propriété d’isolation, sa flexibilité ainsi que  la possibilité d’être soudé au contact de l’acétone.

En revanche, les pièces réalisées sont sujets au warping car l'ABS rétrécis au contact de l’air. C’est pourquoi son utilisation demandera d’être accompagnée d’un plateau chauffant. Il est important de préciser que ce consommable n’est pas disponible en transparent.

  • Température d’impression : entre 220 et 260 °C
  • Densité : 1,04 g/cm3
  • Résistance à la traction : 37 MPa
  • Résistance à la flexion : 53 MPa
  • Allongement à la rupture : jusqu’à 3%
  • Technologie : FDM, SL (dérivé sous forme liquide), Polyjet (Dérivé)

Polyamide (PA)

Il s’agit d’une famille de thermoplastiques semi-cristallins. Ils sont principalement utilisés  sous forme de poudre en frittage laser mais également sous forme de filament en dépôt de fil. L’aspect des pièces ainsi obtenues est granuleux. Il est nécessaire de faire attention aux variations de températures trop importantes car elles dégradent les caractéristiques de ce matériau. Le domaine d’application principal de ce consommable est l’alimentaire.

Le Nylon est un des matériaux le plus utilisé de ce type de polymère. Il est doté d’une grande flexibilité. Il permet d'obtenir des prototypes durables du fait de sa grande résistance à la fatigue.

  • Température d’impression : entre 235 et 260 °C
  • Densité : 1,24 g/cm3
  • Résistance à la traction : 82 MPa
  • Allongement à la rupture : jusqu’à 40%
  • Technologie : FDM, LS

Polyéthylène Téréphtalate (PET)

Le Polyéthylène Téréphtalate (PET) est également un des matériaux phares des polyamides, il est certifié dans le secteur alimentaire et est complétement transparent. Son utilisation principale est la fabrication de bouteilles en plastique.

  • Température d’impression : entre 220 et 240 °C
  • Densité : 1,38 g/cm3
  • Résistance à la traction : 8 MPa
  • Allongement à la rupture : jusqu’à 36%
  • Technologie : FDM, LS

Résines

En Stéréolithographie et MultiJet / Polyjet, le polymère utilisé est une résine photosensible, des rayons UV permettent de durcir le polymère et ainsi lui donner sa forme définitive. Les pièces en résine présentent une qualité de surface excellente et de nombreuses possibilités de finition (transparent, mat, brillant …).

Une résine spécifique de chez Stratasys nommée ULTEM 9085 est très importante dans le domaine de l’aérospatial car elle certifiée pour sa résistance thermique ; tandis que l’ULTEM 1010 est certifié dans le domaine alimentaire. 

PC 

Le polycarbonate est un thermoplastique reconnu pour sa résistance élevée aux chocs ainsi qu'aux températures élevées (jusqu'à 120°C). Il possède des propriétés mécaniques supérieures aux autres plastiques de sa catégorie qui lui permettent de produire des pièces durables. Ce matériau relativement solide est largement utilisé dans le domaine de l'aéronautique et automobile notamment dans la fabrication de casques de moto. Il est également trés sensible aux rayons UV ainsi qu'à l'humidité.

  • Température d'impression : 260 °C
  • Température plateforme de construction : 100 - 130 °C
  • Densité : 1.2 g/cm3
  • Résistance à la traction : jusqu'à 75 MPa
  • Allongement à la rupture : jusqu'à 150 %
  • Technologie : FDM

POM

Le POM ou Polyoxyméthylène est un nouveau matériau trés solide. Ce polymère est une alternative à l'ABS du fait de sa grande résistance aux chocs. Il permet de réaliser des pièces trés précises et ne dégage pas d'odeur en étant chauffé. Son impression est néanmoins délicate car elle demande de maintenir la plateforme tout comme la buse d'extrusion à des température élevées.

  • Température d'impression : 230 - 250 °C
  • Densité : 1.41 g/cm3
  • Résistance à la traction : 70 Mpa
  • Allongement à la rupture: 25 %
  • Technologie : FDM

Matériaux de support principaux

PVA

L’Alcool Polyvinylique est un matériau principalement utilisé en tant que support en FDM. Il est soluble dans l’eau avec le solvant Dlimonene et est sujet au warping. Cette sensibilité à l'humidité est à prendre en compte lors de sa conservation.

  • Température d’impression : entre 190 et 210 °C
  • Densité : 1,19 g/cm3
  • Technologie : FDM

HIPS

L’High Impact Polystyrène, tout comme le PVA est un matériau principalement utilisé comme support. Ce thermoplastique recyclable est également soluble dans l’eau à partir du solvant Dlimonene. Parmi ces avantages on comptabilise notamment sa résistance supérieure à l’ABS, sa facilité d’utilisation, son coût plus avantageux que le PVA et le fait qu’il soit inodore. En revanche, il est soumis au warping c’est pourquoi il est préférable d’avoir une plateforme d’impression chauffée entre 70 et 100°C.

  • Température d’impression : entre 220 et 260 °C
  • Densité : 1,05 g/cm3
  • Résistance à la traction : 20 MPa
  • Résistance à la flexion : 32 MPa
  • Allongement à la rupture : 2.9%
  • Technologie : FDM

Il existe également des polymères modifiés tels que les Alumides, un mélange de plastique et d’aluminium permettant d’accroitre la résistance de la pièce sans modifier sa flexibilité. La fabrication additive est un milieu de concession, toutes les conditions souhaitées ne peuvent pas toujours être obtenues en même temps. C’est pourquoi il est très important de faire le bon choix de matériau ou de technologie pour obtenir un rendu qui réponde au maximum au cahier des charges de la pièce.