Les matériaux pour imprimantes 3D utilisant la technologie FDM

La technique Fused Deposition Modelling (FDM) – ou Fused Filament Fabrication (FFF) comme on l'appelle aussi dans la communauté open source – est peut-être le processus le plus courant utilisé dans les imprimantes 3D à bas prix telles que les machines de bureau et les imprimantes professionnelles d'entrée de gamme. La technologie FDM/FFF est employée dans les gammes d'imprimantes RepRapPro, Ultimaker, MakerBot et 3D Systems Cube et CubePro. L'un des grands avantages des imprimantes FDM est leur coût relativement faible, qui vient s'ajouter à des matériaux très abordables. Ce sont donc le choix privilégié pour les applications de création rapide de prototypes. Cliquez ici pour découvrir les principales imprimantes 3D FDM disponibles chez RS Components.

 

Choix de filaments

Les filaments pour imprimantes FDM sont généralement enroulés sur une bobine et sont principalement des matériaux thermoplastiques ou des mélanges de thermoplastiques et matières organiques.  Cependant, certains fabricants acceptent uniquement les bobines ou cartouches de leur marque dans leurs machines.  La raison principale de cette restriction est que le fabricant peut ainsi garantir la qualité du filament. En effet, un filament de mauvaise qualité peut provoquer des problèmes d'impression telles qu'une extrusion irrégulière lorsque le diamètre du filament n'est pas constant, d'où des résultats non satisfaisants. Ce type de filament de mauvaise qualité est une des causes principales de défaillance des extrudeuses car, lorsque le matériau est trop fin le filament ne parvient pas jusqu'à la buse d'extrusion chaude, ou lorsqu'il est trop épais le moteur de l'extrudeuse ne parvient pas à le pousser dans la buse. La tolérance de diamètre est donc une valeur importante. Elle doit être inférieure à 0,05 mm pour un filament de 1,75 mm de diamètre.

Les bobines de filament sont disponibles en deux épaisseurs de filament standard – 1,75 mm ou 3 mm de diamètre – l'épaisseur de filament que vous choisissez dépendra de la marque et du modèle de votre imprimante 3D. Les filaments sont également proposés dans des couleurs et des matériaux de plus en plus variés.

Il existe de nombreux types différents de filaments sur le marché, mais les deux matériaux les plus souvent utilisés dans les imprimantes FDM sont le PLA (acide polylactique) et l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène). Le PLA est peut-être le plus connu et le plus vendu aux particuliers, notamment parce qu'il est biodégradable mais aussi parce qu'il n'émet pas de fumées chimiques désagréables pendant le processus d'impression.

Le PLA (acide polylactique) est un polyester thermoplastique fabriqué à partir de matières végétales écologiques. Il convient pour le contact alimentaire et est biodégradable. Il est robuste mais fond à une température inférieure à celle de l'ABS, ce qui limite évidemment ses applications. Mais comme il ne nécessite pas de plateforme de construction chauffée, c'est le matériau privilégié pour de nombreuses imprimantes 3D. Dans l'industrie, on l'utilise pour fabriquer de nombreux conteneurs.

L'ABS (acrylonitrile butadiène styrène) est un thermoplastique dérivé du pétrole. Comme il est amorphe, il n'a pas de véritable point de fusion. L'ABS devient donc de plus en plus souple avec l'augmentation de la température. Il est généralement résistant à de nombreux acides et à l'alcool, mais est soluble dans l'acétone.

Il est généralement plus difficile d'imprimer avec l'ABS qu'avec le PLA, et il ne permet pas normalement d'obtenir des détails superficiels aussi fins, mais il est plus dur et plus résistant aux chocs. On l'utilise donc plus souvent pour les pièces mécaniques ou les pièces risquant plus d'être exposées aux intempéries. Dans l'industrie, on l'utilise pour fabriquer des produits tels que les casques ou les canoës, par exemple.

 

Tableau 1 : les différences entre l'ABS et le PLA (informations fournies par Verbatim)

Caractéristique	ABS	PLA
Matière première	Dérivé du pétrole	Végétales (généralement maïs, soja, etc.)
Caractéristiques clés	Plus dur et résistant aux chocs, donc souvent utilisé pour les pièces mécaniques ou les pièces exposées aux intempéries.	En général, impression plus facile.
Disponibilité	Très courant, existe depuis longtemps.	Moins courant, mais le plus populaire parmi les plastiques d'origine végétale.
Odeur	Certains signalent une odeur désagréable de plastique pendant l'impression à l'ABS, mais même avec les imprimantes 3D traditionnelles cette odeur est moins forte que celle d'un marqueur indélébile.	On dit que le PLA a une odeur douce, proche du maïs.
Dureté	Dur, résistant aux chocs et robuste, assez flexible.	Dur mais plus cassant que l'ABS quand on le plie. Risque plus de casser en flexion.
Réglage de chaleur	210-2500C	175-2200C
Utilisation	Plateforme de construction chauffée recommandée.	Plateforme de construction chauffée inutile.
Post-traitement	Peut être coupé, limé ou collé. On peut utiliser de l'acétone pour rendre la surface lisse et brillante.	Peut être coupé, limé ou collé. L'acétone n'a aucun effet.
Vulnérabilités	Moins sensible à la dégradation provoquée par l'humidité et le soleil, ou encore les températures excessives pendant le traitement. Généralement plus stable et résistant aux produits chimiques.	Sensible à la dégradation provoquée par l'humidité et le soleil, ou encore les températures excessives pendant le traitement. Peut s'affaisser s'il devient trop chaud.
Apparence	Généralement brillant, mais très variée.	Options de différents niveaux de transparence.
Environnement et recyclage	Classé sous le numéro 7 pour le recyclage, ce qui signifie qu'on peut le recycler, mais de nombreux programmes de recyclage locaux n'acceptent pas l'ABS. Certains programmes acceptent maintenant l'ABS car les matières numéro 7 sont généralement recyclées en plastibois et autres.	Le PLA est un bioplastique, ce qui signifie qu'il est dégradable mais ce processus est très lent en dehors d'une installation de compostage industrielle. Il existe des options de recyclage et de compostage commercial, qui exigent un effort supplémentaire de la part du consommateur.

 

Autres matériaux

En plus des deux matériaux les plus courants, l'ABS et le PLA, de nombreux matériaux sont disponibles, qui présentent des propriétés ignifuges ou de conduction électrique, entre autres. Par exemple, le PLA « dur » est le matériau le plus courant mais une variante de PLA souple devient de plus en plus disponible et permet d'imprimer des objets plus flexibles. Il faut cependant indiquer que ce matériau est plus complexe à manipuler pendant l'impression.

Un autre matériau est le PVA (alcool polyvinylique), qui est un polymère synthétique soluble dans l'eau. Les imprimantes FDM dotées de deux buses peuvent imprimer simultanément avec du PVA et généralement de l'ABS. Après l'impression, on peut plonger les objets dans l'eau pour dissoudre le PVA, ce qui laisse le matériau ABS. On peut ainsi construire des objets complexes avec des débordements ou des pièces flottantes ou mouvantes, par exemple. Le HIPS (polystyrène choc) est un polymère synthétique issu de la pétrochimie et soluble, comme le PVA, mais cette fois dans le limonène. Ceci permet de créer des structures qui seraient impossibles à réaliser sans soutien.

Des matériaux plus exotiques ont aussi été développés, comme le bois et la pierre. Un filament FDM a été développé qui combine la fibre de bois à du thermoplastique, pour imprimer des objets ayant l'aspect du bois. Les filaments aspects pierre sont des thermoplastiques incrustés de craie en poudre fine. Le TPE (élastomère thermoplastique) est une combinaison de polymères associant les caractéristiques des thermoplastiques et du caoutchouc, permettant de construire des objets comportant des structures souples et flexibles.

Le filament ABS conducteur peut être utilisé pour conduire le courant électrique ou pour la dissipation statique ou encore le blindage EMI. L'ABS conducteur et antistatique présente des caractéristiques telles qu'une excellente robustesse mécanique, une résistance aux chocs et une excellente résistance à la chaleur et aux basses températures.

Le nylon est un polymère synthétique thermoplastique qui devient de plus en plus courant pour l'impression 3D. Il est dur, robuste et flexible mais difficile à utiliser car il exige souvent des températures plus élevées. Enfin, le PET (polyéthylène téréphtalate ou polyester) est un polymère largement utilisé qui se présente sous forme d'un matériau transparent ou incolore, mais il existe aussi en versions colorées. Ce matériau léger offre une forte résistance mécanique. Il résiste aussi aux températures hautes et basses et aux chocs. De plus; il est recyclable.

 

Stockage et disponibilité

Après avoir acheté votre filament, vous devez absolument le stocker correctement. Avec le temps, la plupart des plastiques absorbent de l'humidité, ce qui crée de petites bulles d'eau dans le filament. Ces bulles, quand elles sont chauffées dans la buse d'extrusion, atteignent rapidement le point d'ébullition avant d'exploser et de projeter du matériau dans toutes les directions, au lieu qu'il soit soigneusement déposé à l'endroit souhaité. Il est donc important d'utiliser des déshumidificateurs pour absorber l'humidité.

RS Components propose ici toute une gamme de bobines de filament PLA et ABS pour imprimantes 3D, dans de nombreux coloris différents dont beige, noir, bleu, transparent, vert, gris, magenta, orange et rouge, de marques telles que Verbatim et 3D Systems, ainsi que des filaments de marque RS.