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Guide : "Les consommables"

Trouver son imprimante, c’est bien et c’est déjà une étape importante de passée ! Malheureusement, sans filaments l’imprimante ne nous sert à… Rien !

 

 

Et là encore un choix incroyable s’offre à nous et il  n’est pas toujours évident de trouver quel filament est fait pour telle imprimante et lequel est parfait pour un objet X ou Y. C’est pourquoi News-3D vous propose un guide d’achat uniquement centralisé sur les différents types de filaments.  

En tant que débutant, le mieux est de commencer à utiliser du plastique tel que le PLA ou l’ABS. Retenez-vous d’utiliser des filaments imitation bois ou pierre pour les premiers objets. Avant toute chose, il faut vous familiariser avec votre imprimante mais surtout avec l’installation des filaments dans l’imprimante. Certes, avec les filaments propriétaires (comme la Cube3 ou la Da Vinci 1.0 AiO), il est facile de remplacer les cartouches. Mais la majorité des imprimantes utilise des filaments de type « libre » autrement dit,  c’est vous qui choisissez vos filaments mais c’est également à vous de vous débrouiller pour les installer dans la machine ! 

 

Revenons au vif du sujet : Les filaments.  

On a donc deux possibilités : des filaments propriétaires ou des filaments libres généralement de 1.75 mm et 3 mm. Et c’est nos petits filaments libres qui nous intéressent le plus dans cet article même si ce guide peut s’appliquer aux filaments propriétaires (Ne pas oublier que les filaments propriétaires proposent en général moins de couleurs/matériaux). Les principaux matériaux utilisés actuellement en impression 3D se répartissent en deux grandes familles, les plastiques et les métaux, auxquels viennent s’ajouter les céramiques et les matériaux organiques. Bien entendu ils ne sont pas compatibles avec toutes les techniques d’impression 3D. On ne verra jamais une imprimante à frittage de poudre avec du chocolat ! Quoi que…  

Le frittage laser imprime à partir de poudre, d’où le « frittage de poudre ». C’est une technologie de fabrication additive qui offre une très grande diversité de matières premières : poudre de nylon, de céramique et de métal avec le titane, l’acier inoxydable et l’acier d’outillage maraging. 

Les techniques EBM et EBFM sont spécialisées dans la fabrication de pièces en métal, tandis que la stéréolithographie utilise des polymère liquides, généralement des plastiques aux propriétés mécaniques variées.  

Viennent ensuite nos petites imprimantes personnelles qui impriment essentiellement à partir de deux types de plastiques : l’ABS et le PLA. Mais avec l’évolution, certain modèles de FDM peuvent aussi accepter des matières telles que la nourriture ou même le béton.  

 

  

LES PLASTIQUES 

Premier du classement, le PLA et l’ABS. Très employés par l’impression 3D, les plastiques sont des polymères qui peuvent être mis en forme sous l’effet de la chaleur ou de la lumière (Résines et polyamide).   

ABS (ainsi que les simili-ABS) 

Appartenant à la famille des thermoplastiques, l’ABS (acrylonitrile butadiène styrène) est –on n’est fini plus de le répéter- l’un des matériaux les plus populaires de l’impression 3D. L’ABS peut supporter des température relativement basses (Jusqu’à 20°C) mais également haute sachant que l’ABS fond entre 200 et 250 degrés mais tient très bien en dessous des 80°C. Ce matériau nécessite un plateau chauffant si il est utilisé avec la technique FDM (Plateau entre 90 et 105°C). Ce petit bijoux résiste également très bien aux chocs grâce à sa structure élastomère du polybutadiène. Contrairement au PLA, ce filament n’est pas biodégradable.

 

 

L’ABS n’est pas seul. Il existe en réalité une multitude de variation, aux propriétés multiples et dont le conditionnement diffère selon la technologie d’impression 3D associée.  Les dépots de filaments utilisent généralement des bobines avec une diamètre de 1.75 et 3 mm. Les simili-ABS sont utilisés en stéréolithographie, sous forme de polymères liquides, mais également par la technologie PolyJet. 

 

PLA et PVA 

Le polylactic acid, plus souvent appelé PLA donc à une température située entre 160 et 220°C. Petit avantage face à l’ABS, le PLA n’a pas besoin de plateau chauffant. L’impression se fait à 185°C directement sur une plaque acrylique, voir un plateau en bois recouvert par de l’adhésif. En plus du PLA, le PVA est souvent utilisé pour réaliser les supports lors des impressions d’objets complexes.  Le PLA possède de très bonnes propriétés environnementales ; c’est un plastique issu de l’amidon de maïs qui n’emploie aucune énergie fossile. En plus d’être biodégradable et il aussi compostable (N’allez pas mettre vos chutes d’impression au fond de votre jardin, il faut tout de même un composteur industriel chauffé à plus de 90°C pour qu’il se décompose !), ce qui fait de lui un matériaux très prisé par les particuliers. En revanche, il est très sensible à l’eau. Evitez donc de laisser vos objets en PLA dans votre poche de pantalon, histoire qu’il ne se retrouve pas dans la machine à laver par erreur ! Ca provoquerait des déformations l’objets.  

Le PLA existe en plusieurs couleurs : noir, blanc, jaune, vert, rouge et transparent). Avantage supplémentaire, ce matériau accepte les différentes finitions qui pourraient être faites sur l’objet fini ; tels que la peinture, le vernis,… Le PLA peut être en contact avec la nourriture évitant tout danger, vous pouvez donc facilement imprimer une coupe à fruit ou une tasse sans problème ! Seule condition : le PLA doit être pur et la tête d’impression doit être en acier inoxydable.  

Le PVA, polyvinyl alcohol, est le plastique le plus utilisé pour faire les supports car il est biodégradable. Ainsi, il se dissout après l’impression et trouve de plus en plus d’application dans les imprimantes à plusieurs têtes d’impression.   

 

HIPS 

Le PVA n’est pas le seul filament utilisé pour les supports. On retrouve aussi le High Impact Polystyrene qui se dissout grâce à du D-Limonene. Avec toutes ces possibilités de filaments, heureusement qu’il existe maintenant des multiples têtes d’impression ! 

 

PET 

Petit nouveau dans les impressions 3D, le polytéréphtalate d’éthylène est un plastique de type polyester saturé, issu du pétrole (Evitez donc l’impression d’une tasse avec ce matériau). Plus solide que l’ABS, il est parfait pour les pièces fonctionnelles qui demandent une forte solidité ainsi qu’une bonne flexibilité. On retrouve par exemple les coques de GSM, les accessoires, les pièces mécaniques, pièces robotiques et bien d’autres.  Tel que le PLA ou l’ABS, le PET se présente sous forme de bobines mais la différence avec l’ABS, c’est que le plateau chauffant n’est pas utile lors de l’impression des objets et fond à une température d’environ 220°C. Avantage en plus, il ne dégage aucunes odeurs.

 

 

Polyamide 

Passons dans une autre technique d’impression : le frittage laser. Le polyamide est LE matériau de base pour cette technique. Contrairement aux filaments pour les imprimantes de type FDM qui s’enroulent autour d’une bobine, le polyamide est une poudre fine qui ressemble très fortement à de la farine (Non, n’essayez pas d’imprimer avec de la farine, ça n’ira pas !) Cette poudre comporte de nombreux avantages, tels que la stabilité, la résistance aux chocs et la large variété d’applications. Les objets imprimés sont rigides et légèrement flexibles, tout en offrant un haut niveau de détail. 

Biocompatible, cette petite farine a été approuvée pour les contacts alimentaires, à l’exception de l’alcool. Malgré ça, cette poudre est surtout utilisées pour les objets fonctionnels et peuvent dans certains cas servir de moulage par injection. Les engrenages et les mécanismes sont également réalisés par les polyamides.  

Contrairement à la technique de FDM utilisant un fil, les couches de filaments ne sont pas présent sur l’objet imprimé. On retire donc l’effet « escalier » pour remplacer la surface par un effet « mat » et « opaque » avec un toucher légèrement granuleux et poreux. Chose qu’on ne retrouve pas avec la technique de dépôt. 

 

RESINE 

Nous voilà au 3e grand type de matériau couramment utilisé en impression 3D –Pour les techniques de SLA et PolyJet. Les résines sont disponibles en mat ou brillant, noir ou blanc. Le choix est malheureusement limité mais les post-traitements sont possibles, comme la coloration.  

 

PLASTIQUES TRANSPARENTS 

Envie d’imprimer une lampe mais le résultat n’est pas terrible à cause de l’opacité du filament ? Voilà ce qu’il vous faut : le filament transparent. Ainsi, grâce à la transparence de certains thermoplastiques, il est possible de réaliser des objets laissant passer la lumière ou permettant de voir au travers (Pour les lentilles, verre,…). Le plus utilisée pour le prototypage, cette transparence sert par exemple à contrôler la circulation d’un fluide. On l’emploie également beaucoup dans le monde médical.  

Ces matériaux sont compatibles avec les techniques de stéréoplastiques, DLP et frittage laser. La stéréographie utilise généralement des polymères ayant un rendu transparent, mais plus ou moins opaque et coloré.   

 

PLASTIQUES RESISTANT A LA CHALEUR 

La résistance aux hautes températures fait partie d’une des caractéristiques attendue dans certains types d’impression 3D. Les pièces internes, telles que les ventillateurs des tours d’ordinateur, ou des prototypes dans lesquels vont passer des gaz ou des liquides chauds requièrent en effet des plastiques qui ne se déforment pas face à la chaleur. De même, les moules nécessitent fréquemment l’emploi de plastiques supportant des températures élevées, notamment ceux servant au moulage métal.  

Utilisés en stéréolithographie et en frittage laser, ces matériaux sont aussi souvent les plus imperméables à l’humidité et à l’eau. VisiJet HiTemp, par exemple, est un plastique proposé par 3D Systems qui résiste à l’humidité ainsi qu’à des températures élevées (pouvant atteindre jusqu’à 130°). De même avec l’entreprise EnvisionTEC qui commercialise deux matériaux supportant également la chaleur, baptisés HTM140 et HTM140IV. De teinte vert foncé, le premier est adapté à la fabrication de moules non métalliques. Le second de couleur blanc ivoir opaque, résiste jusqu’à des température de 140°C. 

 

PLASTIQUES FLEXIBLES ET LES CAOUTCHOUCS (TPU) 

Les petits nouveaux dans le monde de la 3D, ce sont bien eux : les matériaux flexibles. Ils permettent de reproduire le comportement et le toucher du caoutchoucs, ou de la gomme, et de créer des objets souples. Ils sont bien adaptés à des modèles de démonstration ou de présentation, et employés notamment pour la réalisation de divers boutons, poignées ou encore pour les joints de tuyauterie.  

Le TPU est un thermoplastique élastomère qui permet d’imprimer des pièces flexibles à partir d’une imprimante personnelle . S’extrudant à une température comprise entre 210 et 225°C. 

 

POLYPROPYLENE ET LES SIMILI-POLYPROPYLENES (PP) 

Le PP est un plastique très résistant, relativement flexible et capable d’absorber les chocs. Au quotidien, on le trouve surtout dans les pièces ayant pour fonction première, un emboitement rapide. On peut noter par exemple, les ceintures de sécurité, les bouchons de bouteilles, boîtiers de CD-Rom ou encore les coques de téléphone.  

 

LES METAUX 

Les métaux constituent la deuxième grande famille de matériaux actuellement utilisés en impression 3D. Aluminium, titane, acier inoxydable, cobalt, fer, mais aussi bronze, or et argent sont compatibles. Les recherches avancent à grands pas dans ce domaine et il est désormais possible de produire des pièces aux propriétés physiques plus intéressantes que celles réalisées avec la fabrication soustractive traditionnelle. Des chercheurs ont par exemple développé une technique qui permet de modifier jusqu’à la structure atomique même du métal utilisé, créant ainsi un métal se solidifiant plus rapidement et plus uniformément lors de son passage à l’impression ! 

 

L’ALUMIDE 

Autre matériau que le plastique : les métaux. L’alumide est une poudre de polyamide mélangée à de l’aluminium, qui offre une forte solidité tout en gardant une grande flexibilité. Proche de l’aspect du métal, elle possède une forte résistance à la chaleur en comparaison à certains plastiques, puisqu’elle peut supporter une température maximale de 172°C.  

Utilisée dans la production de pièces d’apparence métallique, l’alumide est aussi employée par l’industrie automobile pour des éléments ne nécessitant pas de contraintes particulières de sécurité. Ce matériau rentre également dans la fabrication de moules pour des petites séries. On le trouve en outre sur des modèles de présentation, pour des démonstrations dans le monde éducatif ou dans la recherche.  

 

L’ALUMINIUM ET SES ALLIAGES 

L’aluminium utilisé en impression 3D est un alliage classique qui autorise des moulages fins et l’impression des objets complexes. Son mélange est constitué de silicium et de magnésium ; ce qui le rend extrêmement solide et capable de supporter de fortes charges. Très léger et résistant bien à la chaleur, ce matériau est notamment employé sur les moteurs pour les voitures de course mais également dans le domaine aérospatiale.  

 

LE COBALT-CHROME ET SES ALLIAGES 

Les alliages à base de cobalt, et en particulier le cobalt-chrome, sont utilisés depuis longtemps par les procédés de moulage à cire perdue. Désormais, ils peuvent être employés en fabrication additive, notamment grâce à la technique EBM. Alors que la majorité des moulages sont effectués à l’air libre, cette technique présente l’intérêt de créer des pièces sous vide, ce qui offre un meilleur contrôle de l’environnement de production et permet de réaliser des objets de meilleure qualité. 

les normes CE. 

 

L’ACIER INOXYDABLE (INOX) 

L’acier a été le premier métal disponible commercialement pour la fabrication additive. Certains acteurs de l’impression 3D, comme ProMetal, ExOne et bien d’autres, se sont spécialisés dans le type inoxydable de ce matériau, plus communément appelé inox. Le constructeur EOS propose ainsi deux types d’aciers inoxydables, le GP1 et le PH1, qui présentent tous les deux de bonnes propriétés mécaniques, et notamment une forte malléabilité lors du passage du laser. 

 

L’ACIER D’OUTILLAGE MARAGING 

Résistant à la rupture, ce type d’acier est surtout utilisé pour fabriquer de l’outillage rapide et des moules. 

 

LE TITANE ET SES ALLIAGES 

Le titane ainsi que ses alliages se caractérisent par leur excellente solidité, un faible poids et une résistance à la corrosion. C’est surtout pour ces raisons que l’on retrouve ce métal dans beaucoup de domaines où l’exigence prime ; telles que comme la chirurgie, la médecine, l’aérospatiale, l’automobile, l’industrie chimique, l’alimentation électrique ou encore pour l’extraction de pétrole ou de gaz. 

Cependant, les techniques traditionnelles de fabrication en titane s’avèrent complexes et coûteuses. Ce métal est en effet difficile à travailler car il durcit rapidement, ce qui nécessite des outils de haut niveau. 

 

LES MÉTAUX PRÉCIEUX 

L’argent, l’or, le bronze et le platine sont des métaux qui peuvent être utilisés en fabrication additive ; vous pourrez ainsi créer vos propres bijoux ou objets précieux. On coule le matériau dans un moule préalablement imprimé à cire perdue, une technique très courante dans le domaine de la bijouterie de luxe. 

L’argent est lui aussi un métal très malléable qui conduit très bien l’électricité et la chaleur. Lorsqu’il est poli, l’objet obtenu peut être particulièrement brillant. Pour ce qui est de la finition, tout s’effectue généralement à la main, d’autant plus que les objets imprimés en argent sont souvent de petite ou voir de très petite taille. Sans finition, ils peuvent présenter un aspect assez rugueux et inégal (les lignes d’impression seront souvent visibles, par exemple, même si on imprime avec une haute résolution.  

Il convient d’éviter des creux trop profonds ou des repoussés trop grands. En effet, les gravures trop profondes sont généralement problématiques au moment de la création du moule. Quant aux repoussés, ils peuvent provoquer des cassures lors de la production de l’objet en argent. Il est donc recommandé d’éviter les formes trop fines et de respecter une épaisseur minimale de 0,8 mm pour les « murs » (les parois de l’objet). S’il s’agit d’une bague, l’épaisseur de l’anneau doit être d’au moins 1 mm, sinon la création risquerait de se déformer rapidement, l’argent étant un matériau relativement souple. 

L’impression d’objets en or répond au même procédé que l’argent. L’or fondu est coulé dans un moule imprimé en cire, puis poli manuellement. Il peut prendre différentes nuances : jaune vif, légèrement rose ou blanc. 

 

CERAMIQUES, SABLES ET BETONS 

À l’heure actuelle, très peu de machines sont capables d’imprimer en céramique. Le procédé est assez complexe, ce qui suppose d’être familiarisé avec un certain nombre de règles de design 

 

LES CIRES 

Les cires sont utilisées en impression 3D pour réaliser des moules servant ensuite à la fabrication de pièces en métal, de bijoux ou encore d’appareils dentaires. Cette technique permet d’obtenir une plus grande précision qu’avec des méthodes traditionnelles. 

 

LE BOIS 

Le bois fait désormais partie des matériaux utilisables en impression 3D personnelle. Ainsi, le filament Laywoo-D3, composé à 40 % de bois recyclé, s’emploie sur les imprimantes à dépôt de filament fondu, en se présentant sous forme de bobines comme le PLA ou l’ABS. Il s’imprime à une température comprise entre 185 et 230 °C selon le résultat souhaité : plus le filament chauffe, plus il noircit. 

 

LE PAPIER 

Le papier est de plus en plus courant en impression 3D, et tout particulièrement via le procédé de fabrication par laminage par dépôt sélectif 

 

LES MATIÈRES ALIMENTAIRES 

Les imprimantes à dépôt de filament fondu peuvent facilement s’adapter à des matériaux alimentaires : il suffit de remplacer l’extrudeur par une seringue, remplie d’un aliment réduit en pâte. Il devient alors possible de créer des formes à partir de matières diverses comme du chocolat, du fromage, de l’houmous, du glaçage pour gâteaux et même des coquilles Saint-Jacques ! 

L’impression 3D de cellules vivantes constitue aussi un champ d’exploration pour les particuliers. De la même manière qu’on dépose un filament fondu selon la technique FDM, il est ainsi possible de fabriquer, avec quelques centaines d’euros, une imprimante qui dépose des cellules afin de créer des formes organiques. 

 

LES MATIÈRES CONDUCTRICES 

L’impression 3D de circuits électroniques est l’un des grands terrains d’exploration, à la fois dans le monde industriel et en fabrication personnelle. La recherche avance pour mettre au point des matériaux de nouvelle génération, pouvant intégrer de l’électronique, réagir à leur environnement et adapter leur structure aux contraintes extérieures 

Schéma d’une microbatterie lithium-ion imprimée en 3D par superposition de couches formant l’anode (en rouge) et la cathode (en bleu). 

 

Liens 
http://www.makershop.fr/categorie/filaments-3d/ 
Author: Chloé
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