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Jun 22, 2023

Ce sont les matériaux d'impression 3D les plus importants

Fournisseurs associés Avec la popularité croissante et l'avancement de la 3D

Fournisseurs associés

Avec la popularité croissante et les progrès de l'impression 3D, le besoin de matériaux spécialisés augmente en conséquence. Cet article donne un aperçu des principaux plastiques, métaux et autres matériaux utilisés dans l'impression 3D.

Aujourd'hui, une large gamme de matériaux d'impression 3D différents est utilisée dans l'industrie. En plus des plastiques, les métaux deviennent de plus en plus populaires. Ces matériaux métalliques sont utilisés dans le domaine de la fabrication additive pour la réalisation d'outillages de fabrication (rapid tooling) ou de composants finaux (rapid manufacturing), entre autres. Cependant, la plupart des utilisateurs industriels et privés utilisent encore des plastiques pour l'impression 3D. Pendant longtemps, l'impression plastique 3D a été principalement utilisée pour la production de prototypes et de modèles. Aujourd'hui, cependant, les composants finaux et les produits entiers sont de plus en plus créés au moyen de polymères traités de manière additive.

Cependant, dans l'ombre des matériaux polymères et métalliques, d'autres matériaux d'impression 3D trouvent également de plus en plus de nouveaux domaines d'application. Ceux-ci incluent le sable, la céramique, le verre et le béton. Les matériaux en sable prennent de plus en plus d'importance dans le domaine de la fabrication de moules industriels : de nombreuses fonderies produisent désormais leurs moules à l'aide d'imprimantes 3D à sable. L'impression 3D béton a également connu un développement technique rapide ces dernières années. En 2020, par exemple, le premier immeuble résidentiel imprimé en 3D en Allemagne a été construit en béton.

Les matériaux suivants sont utilisés :

PLA (Polylactide)

Le PLA est l'un des matériaux d'impression 3D les plus populaires. C'est un polymère synthétique, qui appartient à la catégorie des polyesters. Étant donné que le PLA est obtenu à partir de sources régénératives, par exemple l'amidon de maïs, il est biocompatible et recyclable.

Comparé à d'autres polymères tels que l'ABS, le PLA peut être traité à une température de fusion basse de seulement 70 °C. Cela rend le matériel intéressant également pour les utilisateurs amateurs. De plus, le PLA reste généralement dimensionnellement stable pendant le processus de refroidissement et il y a peu de déformation. Les utilisateurs professionnels et privés bénéficient également du fait que le PLA imprimable est désormais disponible dans un grand nombre de couleurs. Cependant, le PLA ne peut pas être utilisé pour les composants fortement sollicités car il ne peut pas supporter de fortes charges et de la chaleur.

Outre le PLA, d'autres polymères biodégradables sont en cours de développement ou sont déjà disponibles.

ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène)

Outre le PLA, l'ABS est l'un des matériaux plastiques les plus utilisés en impression 3D. Ce polymère synthétique est composé d'acrylonitrile, de 1,3 butadiène et de styrène. Certains des plus grands avantages de l'ABS sont sa rigidité, sa ténacité et sa résistance qui peuvent être obtenues avec lui. Par conséquent, il convient à la fois à la fabrication de produits finis et au prototypage.

Cependant, sa résistance aux intempéries n'est pas particulièrement bonne, mais toujours meilleure que celle du PLA. De plus, l'ABS est relativement bon marché et disponible dans de nombreuses couleurs. Surtout pour les utilisateurs amateurs, cependant, le matériau présente un inconvénient décisif : l'ABS est imprimé à des températures comprises entre 220 et 250 °C. Par conséquent, il est recommandé d'utiliser une salle d'impression chauffée ou un lit d'impression. C'est le seul moyen de s'assurer que les composants peuvent refroidir de manière contrôlée, ce qui évite la déformation.

PEEK (Polyétherétherkton)

Le PEEK est un polymère synthétique du groupe des polyétheréthers. Avec lui, il est possible de produire des composants hautement résistants qui sont également résistants à la température. Il est également biocompatible et résistant aux produits chimiques. Le PEEK est environ 70 % plus léger que les métaux aux propriétés similaires, mais il offre une stabilité thermique et mécanique comparable. Ces propriétés en font un matériau populaire dans les industries automobile, chimique et aérospatiale. Comme le PEEK a une température de traitement de 360 ​​à 380 °C, il ne convient généralement pas aux utilisateurs amateurs. Cette température élevée nécessite également une chambre de construction chauffée dans laquelle les pièces peuvent refroidir de manière contrôlée.

HIPS (polystyrène à fort impact)

Ce polymère thermoplastique est produit en polymérisant du polybutadiène en polystérol. HIPS possède une dureté et une résistance aux chocs très élevées, ce qui le distingue des matériaux tels que l'ABS. La propriété la plus importante du HIPS est probablement sa solubilité dans certains produits chimiques, le limonène étant souvent utilisé dans l'industrie. En raison de cette solubilité, il convient particulièrement comme matériau de support pour d'autres polymères. Puisqu'il n'est pas éliminé mécaniquement mais chimiquement, il est plus facile de respecter des tolérances strictes pour les composants finaux.

PA (Nylon/Polyamide)

Le nylon a été développé à l'origine pour remplacer la soie. Il a une haute résistance à la traction, est non toxique et fond à environ 250 °C. L'utilisation du nylon dans l'impression 3D est encore relativement nouvelle. Cependant, il devient de plus en plus populaire car les objets imprimés qu'il produit sont résistants et résistants aux dommages. Parce qu'il est largement utilisé dans d'autres industries, il est peu coûteux et ne sera pas endommagé par la plupart des produits chimiques courants.

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Le nylon nécessite des températures plus élevées d'environ 250 °C, ce qui est plus que ce que de nombreuses imprimantes amateurs peuvent supporter. Il est également plus difficile de faire adhérer le nylon au lit d'impression que l'ABS ou le PLA. Il nécessite généralement à la fois un lit d'impression chauffé et de la colle blanche pour adhérer pendant l'impression.

PET (polyéthylène téréphtalate)

De nombreuses personnes connaissent le PET sous la forme de bouteilles de boissons. Un avantage majeur du matériau est qu'il est sans danger pour le contact avec les aliments et peut être utilisé pour l'emballage. De plus, aucune vapeur n'est produite pendant le processus de fusion qui nécessiterait une chambre de construction fermée. Puisqu'aucune chambre de bâtiment chauffée n'est nécessaire, le PET est particulièrement apprécié des utilisateurs privés d'impression 3D. De plus, le PET est relativement robuste et reste flexible en même temps. Il convient donc parfaitement aux utilisateurs amateurs qui impriment des gadgets ou des objets du quotidien.

Aperçus 3D

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PETG (PET avec glycol)

Le PETG est du PET modifié avec du glycol. Cette modification permet d'obtenir une grande transparence du matériau. De plus, les propriétés d'impression sont améliorées par l'ajout de glycol. Ainsi, une température de fusion inférieure ainsi qu'une cristallisation moindre peuvent être obtenues. De plus, le PETG peut être extrudé plus rapidement en raison de sa viscosité (résistance) inférieure à celle du PET. Le PETG étant résistant aux intempéries, il est souvent utilisé pour les vases ou les meubles et équipements de jardin.

Les métaux suivants sont utilisés :

Aluminium

Les alliages d'aluminium combinent une bonne résistance et des propriétés thermiques avec un faible poids et des options de finition flexibles. Pour ces raisons, ce matériau est largement utilisé dans les industries automobile et aérospatiale. Les applications incluent les boîtiers, les conduits d'air, les pièces de moteur, les outils de production et les moules, à la fois pour les prototypes et les composants finaux. Porsche et Mahle démontrent les performances du matériau : des pistons en aluminium haute performance fabriqués de manière additive sont utilisés pour la première fois dans cette Porsche 911 GT2 RS. Avec 730 ch, c'est l'un des véhicules les plus puissants jamais construits par Porsche.

Titane

Le titane est l'un des alliages les plus connus en impression 3D métal. Il combine d'excellentes propriétés mécaniques avec un poids spécifique très faible. Ce matériau est résistant à la corrosion et est utilisé dans une variété d'environnements techniques exigeants tels que l'aérospatiale. Les applications incluent des prototypes fonctionnels, des pièces d'utilisation finale solides, des dispositifs médicaux et des pièces de rechange.

Acier inoxydable

Les alliages d'acier inoxydable sont à faible teneur en carbone et extrêmement résistants à la corrosion. De plus, les composants en acier inoxydable offrent une excellente résistance. L'acier inoxydable imprimé en 3D a également une ductilité élevée et de bonnes propriétés thermiques. L'acier inoxydable peut être utilisé pour des applications de sécurité alimentaire, des composants de machines et des outils de production. D'autres applications incluent la tuyauterie, les prototypes durables, les pièces de rechange, les instruments médicaux et les appareils portables.

Les matériaux suivants sont utilisés :

Céramique

En principe, la céramique convient comme matériau d'impression 3D car elle peut être transformée à l'état liquide dans pratiquement n'importe quelle géométrie et forme. À l'heure actuelle, la technologie d'impression 3D utilisant la céramique peut produire des objets imprimés en 3D sans grands pores ni fissures. Les composants en céramique présentent une résistance, une durabilité et une résistance au feu élevées. Aujourd'hui, les matériaux d'impression 3D en céramique sont utilisés dans les industries dentaire et aérospatiale. L'application principale concerne les implants dentaires.

Sable

La fabrication additive de noyaux et de moules en sable a attiré l'attention de nombreuses fonderies ces dernières années, car le procédé a la capacité unique de former des noyaux qui ne seraient pas possibles avec les techniques conventionnelles de fabrication de noyaux. Cela se fait par un processus connu sous le nom de "jet de liant": une résine réactive, généralement un liant à base d'alcool furfurylique (FA) formulé pour l'application, est appliquée sur un substrat. En règle générale, le substrat est un sable de quartz qui a été prétraité avec un catalyseur acide, mais il peut également s'agir d'une gamme d'autres agrégats utilisés dans la coulée des métaux, tels que le zircon et les céramiques synthétiques. De cette façon, un moule est créé couche par couche.

La fabrication de noyaux et de moules avec du sable présente certains avantages distincts : la complexité des pièces d'un moulage peut être beaucoup plus grande que dans le moulage au sable typique, car le besoin de distorsion et de lignes de séparation est considérablement réduit ; des moules plus complexes peuvent être créés ; plusieurs cœurs peuvent être combinés en un seul ; et plusieurs géométries de noyau différentes peuvent être combinées dans le volume modulaire.

La fabrication additive

Exploitez les avantages des matériaux grâce à une technologie d'impression 3D extrêmement précise

Béton

L'impression 3D avec du béton fonctionne de la même manière que l'impression 3D à filament. Cependant, au lieu d'une bobine de filament, le béton est extrudé. En théorie, du béton ou du mortier standard peut être utilisé. Pour les projets de construction plus importants, il est cependant préférable d'utiliser des matériaux spécialement développés pour l'impression 3D de béton. Pour la construction des premières maisons imprimées en 3D, par exemple, I.Tech3D de Heidelberg Cement a été utilisé. Il s'agit d'un mortier sec prêt à l'emploi optimisé pour l'impression 3D. Le matériau contient des composants minéraux et des additifs qui devraient lui permettre d'être facilement pompé vers la tête d'impression tout en restant dimensionnellement stable après extrusion.

Verre

Fabriquer des objets en verre à l'aide d'un procédé d'impression 3D n'est pas chose aisée. Seuls quelques groupes de recherche dans le monde ont tenté de produire du verre en utilisant des procédés additifs. Certains d'entre eux ont créé des objets en imprimant du verre en fusion. Ceci présente l'inconvénient de nécessiter des températures très élevées et des équipements résistants à la chaleur. D'autres utilisaient des particules de céramique en poudre qui pouvaient être imprimées à température ambiante et ensuite frittées dans du verre. Cependant, la complexité des objets fabriqués à partir d'eux a été plutôt faible jusqu'à présent.

Des chercheurs de l'ETH Zurich ont réussi en 2019 à développer une résine spéciale qui peut être traitée sur des imprimantes SLA disponibles dans le commerce. L'impression SLA permet de produire des structures très complexes et fines. Une fois qu'une pièce a durci, elle est cuite à deux températures différentes. Cela finit par condenser les objets en verre.

Les composites avec une polyvalence exceptionnelle, un poids léger et des propriétés sur mesure sont souvent utilisés dans les industries à haute performance. Des exemples de composites sont les composites polymères renforcés de fibres de carbone et les composites polymères renforcés de fibres de verre. Les structures composites polymères renforcées de fibres de carbone sont utilisées dans l'industrie aérospatiale en raison de leur rigidité spécifique élevée, de leur résistance, de leur bonne résistance à la corrosion et de leur comportement favorable à la fatigue. Dans le même temps, les composites polymères renforcés de fibres de verre sont largement utilisés pour diverses applications dans l'impression 3D et ont un grand potentiel d'application en raison de leur rentabilité et de leurs performances. Ces matériaux présentent une conductivité thermique élevée et un coefficient de dilatation thermique relativement faible. De plus, les fibres de verre ne peuvent pas brûler et ne sont pas affectées par les températures de durcissement dans les processus de fabrication, ce qui les rend très adaptées à une utilisation dans les applications d'impression 3D.

Cet article a été publié pour la première fois sur Mission Additive

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