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 matériaux exotiques
- Matériaux composites et impression 3D
- Comment sélectionner vos matériaux d'impression 3D idéaux
- Post-traitement d'objets imprimés en 3D
- L'avenir des matériaux d'impression 3D
- Les plats 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 permet de construire des objets couche par couche en utilisant des matériaux comme les plastiques, les métaux, les céramiques et les composites. Comme les capacités de 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 un véritable défi pour les nouveaux arrivants. 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 des dépôts fondus (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 Laser (SLS) fritte de fines poudres de plastique, de céramique ou de métal avec un laser haute puissance. Aucune structure de support n'est nécessaire et des fonctionnalités internes complexes peuvent être produites.
- Ddirectement Metal Laser Sinternant (DMLS) est une technologie similaire sur lit de poudre conçue spécifiquement pour le traitement des alliages métalliques à haute résistance.
D'autres méthodes telles que le jet de matériau et le jet de liant peuvent imprimer en couleur ou 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 développer les capacités des thermoplastiques pour l'impression FDM. Voilà quelque filaments avancés capable d'imprimer des produits finaux durables :
- ASA (acrylonitrile styrène acrylate)offre une résistance aux UV proche de l'ABS ainsi qu'une capacité aux intempéries extérieures.
- PC (polycarbonate)produit des composants en plastique ultra résistants capables de remplacer dans certains cas les pièces métalliques usinées. Or, le savoir-faire en impression est indispensable pour une bonne adhésion inter-couches.
- Filaments TPU (polyuréthane thermoplastique) et TPE flexiblespermettent des impressions de type caoutchouc avec une flexibilité exceptionnelle pour des applications telles que les appareils portables ou les poignées personnalisées.
- PEEK (polyéther éther cétone)résiste aux produits chimiques agressifs et aux procédures de stérilisation, ce qui le rend adapté à la fabrication de dispositifs 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 réservés aux imprimantes industrielles coûteuses SLS ou DMLS des secteurs de l'aérospatiale et du médical. Les alliages d’acier inoxydable, de titane, de nickel et d’aluminium sont couramment utilisés. Les petites imprimantes 3D métal conçues pour les ateliers, les universités et les studios de design élargissent désormais l'accès grâce à des coûts matériels inférieurs. 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 corrosione
Impression de l'acier inoxydable offre une stabilité dimensionnelle exceptionnelle pour les pièces qui sont utilisées en extérieur ou exposées à des produits chimiques. L'adhérence des couches du dépôt métallique lié permet même d'imprimer des ponts ou des surplombs sans support. Les pièces peuvent être usinées, taraudées et polies après frittage pour des propriétés ressemblant à celles de l'acier inoxydable fabriqué de manière traditionnelle.
2. Titane extrêmement léger et solideg
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 évitez 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 accessiblel
L'aluminium est largement utilisé grâce à son faible poids et sa résistance à la corrosion. L’impression 3D métal permet de consolider des pièces en aluminium sur mesure construites autrefois en assemblages. Les prototypes d'outillage, les composants robotiques et les modèles de conception bénéficient tous de Aluminium imprimé en 3D. À mesure que les coûts des imprimantes diminuent, les petites entreprises peuvent tirer parti d’un outillage rapide en aluminium sans dépendre de fournisseurs externes.
Impression 3D de céramiques et 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 pompes en céramique et des systèmes de guidage de missiles étaient auparavant impossibles à produire en dehors des fonderies spécialisées. L'impression 3D élimine ces barrières grâce à des technologies sur lit de poudre frittant des composants céramiques complexes.
De plus, les possibilités s’étendent au-delà de la simple céramique. Alors que de plus en plus de recherches étudient l'utilisation de poudres métalliques et céramiques avec jet de liant, même des matériaux rares et précieux comme l'argent ou l'or peuvent être imprimés en 3D. La technologie peut faciliter la personnalisation d’implants médicaux ou d’électronique intégrant des traces conductrices imprimées à partir de véritable pâte de cuivre ou de graphène. Nous commençons seulement à explorer le potentiel d'extension Céramiques imprimées en 3D, du verre et des 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 résistants que le nylon et se rapprochant de l'aluminium. les applications vont des cadres de quadricoptère personnalisés aux pièces automobiles hautes performances.
2. Composites chargés de métal et de bois
La modélisation par dépôt fondu combine également facilement les plastiques ABS et PLA standards 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 au métal usiné tout en conservant le poids plus léger des plastiques. La lamentation remplie de bois capture même des motifs de grain réalistes pour les prototypes de meubles.
Comment sélectionner vos matériaux d'impression 3D idéaux
Avec un si grand nombre 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 en matière de matériaux 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 entraîner des prix plus élevés
- Facilité de post-traitement - Les supports d'impression de certains matériaux sont plus faciles à retirer
- Modèle et spécifications de votre imprimante 3D - Les capacités matérielles varient.
Une comparaison des matériaux d'impression 3D populaires utilisant leurs caractéristiques clés
| Matériel | Propriétés | Paramètres d'impression | Coût |
|---|---|---|---|
| PLA | Résistance moyenne, faible flexibilité, durabilité modérée | 180-230CC | Faible |
| abdos | Solide, modérément flexible, très durable | 210-250CC | Moyen |
| PETG | Solide et flexible, haute durabilité | 230-260CC | Moyen |
| TPU | Résistance moyenne, très grande flexibilité, durabilité modérée | 220-250CC | Moyen-élevé |
| Nylon | Haute résistance et flexibilité, excellente durabilité | 240-260CC | Haut |
| COUP D'OEIL | Extrêmement solide, peu flexible, très grande durabilité | 360-400CC | Très haut |
| Résine | La résistance et la durabilité varient selon le type, non flexible, durci aux UV | N / A | Haut |
Acquérir de l’expérience reste crucial avant de tenter des builds complexes. Les innovations constantes en matière de matériaux donnent également aux imprimantes 3D davantage de capacités chaque année. Le référencement à des données quantitatives telles que des fiches de sécurité ou techniques aide les ingénieurs et les concepteurs lors de la sélection et de la qualification du matériau optimal pour chaque application.
Post-traitement d'objets imprimés en 3D
Une nouvelle impression directement sortie de la plaque de construction satisfait rarement aux exigences initiales. Divers procédés de finition améliorent la résistance, l’esthétique et la fonctionnalité :
- Suppression des structures de support– Casser les supports ou les dissoudre dans des bains chimiques.
- Ponçage et classement– Lisse les passages 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.
- Joindre des pièces- Coller les composants à l'aide de solvants, d'époxy ou de joints de piscine de soudure MABS.
- Impressions métalliques– 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 se développer depuis des objectifs de prototypage rapide de niche vers la fabrication de pièces finales dans tous les secteurs. Avec des économies d’échelle, des coûts d’impression réduits et 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 afin de préserver les ressources à mesure que les technologies progressent.
Des percées dans bioplastiques renouvelables et chimie verte peut minimiser les déchets et la consommation d’énergie lors de la synthèse des matériaux pour les 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 fournir un accès équitable et respectueux du climat aux produits manufacturés à l’échelle mondiale.
Les plats 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 tirer parti de 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 garantira que la technologie se dirige vers un avenir équitable et prospère dans le monde entier.