Un guide complet sur les matériaux d'impression 3D
Table of Contents
- Types de technologies d'impression 3D et matériaux préférés
- Les plastiques dans l'impression 3D
- Impression 3D de métaux
- Impression 3D de céramiques et de matériaux exotiques
- Matériaux composites et impression 3D
- Comment choisir vos matériaux d'impression 3D idéaux
- Post-traitement des objets imprimés en 3D
- L'avenir des matériaux d'impression 3D
- Le plat à emporter
- En savoir plus
Technologie d'impression 3D a révolutionné la fabrication et la conception de produits ces dernières années. Également connue sous le nom de fabrication additive, l'impression 3D construit des objets couche par couche en utilisant des matériaux tels que les plastiques, les métaux, la céramique et les composites. Le matériel et les matériaux d'impression 3D continuent de progresser, de plus en plus d'industries adoptent cette technologie. Mais avec autant de machines et d'options de matériaux désormais disponibles, cela peut devenir déroutant pour les nouveaux venus. Ce guide vise à fournir un aperçu complet des technologies et des matériaux d'impression 3D courants.
Types de technologies d'impression 3D et matériaux préférés
Il existe plusieurs méthodes pour fusionner des matériaux lors du processus de superposition en impression 3D :
- Modélisation par dépôt de fil en fusion (FDM) les imprimantes extrudent des filaments thermoplastiques chauffés à travers une buse sur la plaque de construction. Les plastiques ABS et PLA sont couramment utilisés.
- Stéréolithographie (SLA) solidifie la résine liquide en plastique durci à l'aide d'un faisceau laser ultraviolet dirigé par des miroirs de balayage. Les résines sont formulées pour une faible viscosité et des temps de durcissement rapides.
- Frittage sélectif par laser (SLS) fritte des poudres fines de plastique, de céramique ou de métal avec un laser de haute puissance. Aucune structure de support n'est nécessaire et des caractéristiques internes complexes peuvent être produites.
- Ddirect Metal Laser Sinteragissant ((DMLS) Il s'agit d'une technologie de lit de poudre similaire conçue spécifiquement pour le traitement d'alliages métalliques à haute résistance.
D'autres méthodes comme le jet de matériaux et le jet de liant permettent d'imprimer en couleur ou d'utiliser des alliages métalliques exotiques. Les possibilités continuent de s'élargir à mesure que les technologies et les matériaux d'impression 3D progressent.
Les plastiques dans l'impression 3D
Les ingénieurs en matériaux continuent de repousser les capacités des thermoplastiques pour l'impression FDM. Voici quelques exemples filaments avancés capable d'imprimer des produits finis durables :
- ASA (acrylonitrile styrène acrylate)offre une résistance aux UV proche de l'ABS ainsi qu'une résistance aux intempéries extérieures.
- PC (polycarbonate)produit des composants en plastique ultra résistants capables de remplacer dans certains cas des pièces métalliques usinées. Cependant, le savoir-faire en impression est essentiel pour une bonne adhérence entre les couches.
- Filaments TPU (polyuréthane thermoplastique) et TPE flexiblespermettent des impressions de type caoutchouc avec une aptitude à la flexion exceptionnelle pour des applications telles que les objets portables ou les poignées personnalisées.
- PEEK (polyétheréthercétone)Le filament PEEK résiste aux produits chimiques agressifs et aux procédures de stérilisation, ce qui le rend adapté à la fabrication d'appareils médicaux et d'outils scientifiques. Cependant, le prix exorbitant du filament PEEK limite considérablement son adoption en dehors des industries.
Impression 3D de métaux
Jusqu'à récemment, les métaux étaient uniquement le domaine des imprimantes industrielles SLS ou DMLS onéreuses des secteurs aérospatial et médical. L'acier inoxydable, le titane, le nickel et les alliages d'aluminium sont couramment utilisés. Les imprimantes 3D métalliques plus petites conçues pour les ateliers, les universités et les studios de design élargissent désormais l'accès grâce à des coûts de matériel réduits. La plupart utilisent le dépôt de métal lié pour extruder des filaments composites contenant jusqu'à 70 % de poudre métallique.
1. Acier inoxydable – Haute résistance et résistance à la corrosion
Impression sur acier inoxydable assure une stabilité dimensionnelle exceptionnelle pour les pièces destinées à une utilisation en extérieur ou exposées à des produits chimiques. L'adhérence des couches du dépôt de métal lié permet même d'imprimer des ponts ou des surplombs sans supports.Les pièces peuvent être usinées, taraudées et polies après frittage pour obtenir des propriétés similaires à celles de l'acier inoxydable fabriqué traditionnellement.
2. Titane – Extrêmement léger et résistant
Les industries aérospatiales travaillent fréquemment avec des alliages de titane en raison de leurs rapports résistance/poids supérieurs à ceux de l'aluminium. Impression 3D de pièces complexes en titane en une seule pièce, éviter les joints soudés qui fragilisent les structures usinées en titane. Les prix élevés de la poudre de titane restent un obstacle en dehors des industries comme le sport automobile qui recherchent des composants métalliques légers.
3. L’aluminium – un métal alternatif accessible
L'aluminium est largement utilisé grâce à son faible poids et à sa résistance à la corrosion. L'impression 3D métal permet de consolider des pièces en aluminium personnalisées construites sous forme d'assemblages dans le passé. Les prototypes d'outillage, les composants robotiques et les modèles de conception bénéficient tous de cette technologie. Aluminium imprimé en 3DÀ mesure que les coûts d’impression diminuent, les petites entreprises peuvent tirer parti de l’outillage rapide en aluminium sans dépendre de fournisseurs externes.
Impression 3D de céramiques et de matériaux exotiques
Les céramiques techniques à base d'alumine, de zircone et de carbure de silicium nécessitent des températures extrêmement élevées et des outils de précision pour être usinées efficacement. Des pièces telles que des turbines de pompe en céramique et des systèmes de guidage de missiles étaient auparavant impossibles à produire en dehors de fonderies spécialisées. L’impression 3D élimine ces obstacles grâce à des technologies de lit de poudre permettant de fritter des composants céramiques complexes.
De plus, les possibilités s’étendent au-delà de la céramique. Alors que de plus en plus de recherches étudient l’utilisation de poudres métalliques et céramiques avec projection de liant, même des matériaux rares et précieux comme l’argent ou l’or peuvent être imprimés en 3D. Cette technologie peut faciliter la fabrication d’implants médicaux personnalisés ou d’appareils électroniques intégrant des traces conductrices imprimées à partir de véritable pâte de cuivre ou de graphène. Nous commençons seulement à explorer le potentiel qui s’étend à l’ensemble du monde. Céramique imprimée en 3D, verre et matériaux exotiques.
Matériaux composites et impression 3D
Alors que les plastiques, les métaux et les céramiques restent les matériaux conventionnels utilisés dans la fabrication, les composites combinant des polymères avec d’autres renforts offrent des caractéristiques mécaniques supérieures inaccessibles par les méthodes conventionnelles.
1. Composites en fibre de carbone imprimés en 3D
Impression FDM avec filament en fibre de carbone remplit les pièces avec un polymère léger et rigide. Les filaments rigides nécessitent des buses en acier trempé pour imprimer des composants résistants à l'abrasion plus solides que le nylon et se rapprochant de l'aluminium. Les applications vont des cadres de quadricoptères personnalisés aux pièces automobiles hautes performances.
2. Composites chargés de métal et de bois
La modélisation par dépôt de fil fondu permet également de combiner facilement les plastiques ABS et PLA standard avec des poudres métalliques ou de la pâte de bois pour modifier les propriétés esthétiques, thermiques et fonctionnelles. Les impressions infusées de laiton, de cuivre et de bronze ressemblent visuellement à du métal usiné tout en conservant le poids plus léger des plastiques. Le lament rempli de bois capture même des motifs de grain réalistes pour les prototypes de meubles.
Comment choisir vos matériaux d'impression 3D idéaux
Avec autant de machines et de matériaux désormais disponibles pour chaque application et chaque budget, adapter correctement la technologie d'impression aux objectifs de conception et aux exigences matérielles nécessite des recherches et la prise en compte de ces facteurs clés :
- Fonctionnalité de la pièce : sera-t-elle soumise à des charges ou à des conditions environnementales difficiles ?
- Précision dimensionnelle et précision d'impression nécessaires
- Propriétés mécaniques telles que la rigidité, la résistance à l'usure ou les limites de température
- Coûts des matériaux – Les filaments exotiques peuvent être vendus à des prix élevés
- Facilité de post-traitement - Certains supports d'impression de matériaux sont plus faciles à retirer
- Votre modèle d'imprimante 3D et vos spécifications - Les capacités des matériaux varient.
Comparaison des matériaux d'impression 3D les plus populaires à l'aide de leurs principales caractéristiques
| Matériel | Propriétés | Paramètres d'impression | Coût |
|---|---|---|---|
| PLA | Résistance moyenne, faible flexibilité, durabilité modérée | 180-230°C | Faible |
| ABS | Solide, moyennement flexible, très durable | 210-250°C | Moyen |
| PETG | Solide et flexible, haute durabilité | 230-260°C | Moyen |
| TPU | Résistance moyenne, flexibilité très élevée, durabilité modérée | 220-250°C | Moyen-élevé |
| Nylon | Haute résistance et flexibilité, excellente durabilité | 240-260°C | Haut |
| COUP D'OEIL | Extrêmement solide, peu flexible, très grande durabilité | 360-400°C | Très élevé |
| Résine | La résistance et la durabilité varient selon le type, non flexible, durci aux UV | N / A | Haut |
L'acquisition d'expérience reste cruciale avant de se lancer dans des constructions complexes. Les innovations constantes en matière de matériaux confèrent également aux imprimantes 3D davantage de capacités chaque année. Le référencement de données quantitatives telles que les fiches de sécurité ou les fiches techniques aide les ingénieurs et les concepteurs à sélectionner et à qualifier le matériau optimal pour chaque application.
Post-traitement des objets imprimés en 3D
Une impression fraîchement sortie de la plaque de construction satisfait rarement les exigences dès sa sortie de la boîte. Différents processus de finition améliorent la résistance, l'esthétique et la fonctionnalité :
- Suppression des structures de soutien– Casser les supports ou les dissoudre dans des bains chimiques.
- Ponçage et limage– Adoucit les chevauchements superficiels entre les couches visibles sur les impressions.
- Apprêt et peinture– Les impressions SLA en particulier doivent être lissées, scellées et peintes pour masquer les étapes de la couche d’impression révélées après le ponçage.
- Assemblage de pièces- Coller les composants à l'aide de solvants, d'époxy ou de soudures MABS.
- Impressions sur métal– Nécessite des cycles de déliantage et de frittage pour brûler les polymères et fusionner les poudres en métaux solides.
L'avenir des matériaux d'impression 3D
L’impression 3D continue de s’étendre, passant d’un usage de niche de prototypage rapide à la fabrication de pièces finales dans tous les secteurs. Grâce aux économies d’échelle, aux coûts d’impression réduits et à une gamme de matériaux plus large, un avenir de production entièrement distribuée et à la demande est plausible. Mais la véritable durabilité dépend de la refonte des chaînes d’approvisionnement pour préserver les ressources à mesure que les technologies progressent.
Des percées dans bioplastiques renouvelables et chimie verte L’impression 3D peut réduire les déchets et la consommation d’énergie lors de la synthèse des matériaux destinés aux imprimantes 3D. La recyclabilité doit également être davantage prise en compte lors de la formulation de nouveaux composites ou polymères techniques. Grâce aux efforts de collaboration entre les entreprises, les chercheurs et les régulateurs, l’impression 3D pourrait offrir un accès équitable et respectueux du climat aux produits manufacturés à l’échelle mondiale.
Le plat à emporter
À mesure que les imprimantes et les matériaux évoluent pour offrir une précision, une résistance et une fonctionnalité accrues à moindre coût, les possibilités sont infinies. Grâce à la connaissance des méthodes fondamentales, des matériaux et des techniques de post-traitement abordés ici, les ingénieurs peuvent exploiter l'impression 3D pour imaginer des conceptions de produits et des activités entièrement nouvelles. Le maintien de pratiques responsables et durables à mesure que l'impression 3D se propage davantage garantira que la technologie se dirige vers un avenir équitable et prospère dans le monde entier.