Un guide complet des matériaux d'impression 3D
Table of Contents
- Types de technologies d'impression 3D et matériaux préférés
- Plastiques dans l'impression 3D
- Impression 3D des métaux
- Impression 3D en céramique et 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 À Emporter
- Lire la suite
Technologie d'impression 3D a révolutionné la fabrication et la conception de produits ces dernières années. Également connu sous le nom de fabrication additive, l'impression 3D construit des objets couche par couche en utilisant des matériaux tels que des plastiques, des métaux, des céramiques et des composites. Alors que les capacités de L'impression 3D matériel et matériaux continuent d'avancer, de plus en plus d'industries adoptent cette technologie. Mais avec tant de machines et d'options de matériaux désormais disponibles, cela peut devenir écrasant 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
Plusieurs méthodes existent pour fusionner des matériaux pendant le processus de superposition en impression 3D :
- Modélisation par Dépôt de Fil (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.
- Stereolithographie (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 Laser Sélectif (SLS) sinters des poudres plastiques, céramiques ou métalliques fines ensemble avec un laser haute puissance. Aucune structure de support n'est nécessaire et des caractéristiques internes complexes peuvent être produites.
- Ddirect Métal Laser Sinterne (DMLS) est une technologie de lit de poudre similaire conçue spécifiquement pour le traitement des alliages métalliques à haute résistance.
D'autres méthodes comme le jet de matériau et le jet de liant peuvent imprimer en couleur complète ou utiliser des alliages métalliques exotiques. Les possibilités continuent de s'élargir à mesure que les technologies et les matériaux d'impression 3D progressent.
Plastiques dans l'impression 3D
Les ingénieurs en matériaux continuent de repousser les capacités des thermoplastiques pour l'impression FDM. Voici quelques 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 capacité à résister aux intempéries extérieures.
- PC (polycarbonate)produit des composants en plastique super résistants capables de remplacer des pièces métalliques usinées dans certains cas. Cependant, le savoir-faire en impression est essentiel pour une bonne adhésion entre les couches.
- TPU (polyuréthane thermoplastique) et filaments TPE flexiblesactivez des impressions en caoutchouc avec une flexibilité exceptionnelle pour des applications telles que les vêtements connectés 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 sévèrement son adoption en dehors des industries.
Impression 3D des métaux
Jusqu'à récemment, les métaux étaient uniquement le domaine d'imprimantes industrielles SLS ou DMLS coûteuses dans les secteurs aérospatial et médical. L'acier inoxydable, le titane, le nickel et les alliages d'aluminium sont couramment utilisés. Des imprimantes 3D métalliques plus petites, conçues pour les ateliers, les universités et les studios de design, élargissent désormais l'accès grâce à des coûts matériels 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 en acier inoxydable grants une stabilité dimensionnelle exceptionnelle pour les pièces utilisées à l'extérieur ou exposées à des produits chimiques. L'adhésion de couche de déposition métallique liée permet même d'imprimer des ponts ou des surplombs sans supports. Les pièces peuvent être usinées, filetées et polies après frittage pour obtenir des propriétés ressemblant à celles de l'acier inoxydable fabriqué de manière traditionnelle.
2. Titane – Extrêmement léger et résistant
Les industries aérospatiales travaillent fréquemment avec des alliages de titane en raison de rapports résistance/poids dépassant ceux de l'aluminium. Impression 3D de pièces complexes en titane Dans une seule pièce, évitez les joints soudés qui affaiblissent les structures en titane usinées. Les prix élevés de la poudre de titane restent un obstacle en dehors des industries comme le sport automobile à la recherche de composants métalliques légers.
3. 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 métallique permet de consolider des pièces en aluminium sur mesure qui étaient auparavant fabriquées en assemblages. Les prototypes d'outillage, les composants robotiques et les modèles de conception bénéficient tous de 3D imprimé en aluminium. À mesure que les coûts d'impression diminuent, les petites entreprises peuvent tirer parti de l'outillage en aluminium rapide sans dépendre de fournisseurs externes.
Impression 3D en céramique et matériaux exotiques
Les céramiques techniques en alumine, en zirconium et en carbure de silicium nécessitent des températures extrêmement élevées et des outils de précision pour être usinées efficacement. Des pièces comme les hélices de pompe en céramique et les systèmes de guidage de missiles étaient auparavant impossibles à produire en dehors des fonderies spécialisées. L'impression 3D élimine ces barrières grâce aux technologies de lit de poudre qui frittent des composants céramiques complexes.
De plus, les possibilités s'étendent au-delà des simples céramiques. Alors que de plus en plus de recherches examinent l'utilisation de poudres métalliques et céramiques avec le jet de liant, même des matériaux rares et précieux comme l'argent ou l'or peuvent être imprimés en 3D. La technologie pourrait faciliter la création d'implants médicaux personnalisés ou d'électroniques intégrant des traces conductrices imprimées à partir de véritable pâte de cuivre ou de graphène. Nous ne faisons que commencer à explorer le potentiel qui s'étend 3D-printed ceramics, verre, et matériaux exotiques.
Matériaux composites et impression 3D
Bien 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 des 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 durci pour imprimer des composants résistants à l'abrasion, plus solides que le nylon et approchant l'aluminium. Les applications vont des cadres de quadricoptères sur mesure aux pièces automobiles haute performance.
2. Composites en métal et en bois
Le modélisation par dépôt de filament fusionné combine également facilement des plastiques standards ABS et PLA avec des poudres métalliques ou de la pulpe 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 léger des plastiques. Les filaments remplis de bois capturent même des motifs de grain réalistes pour des prototypes de meubles.
Comment choisir vos matériaux d'impression 3D idéaux
Avec tant de machines et de matériaux désormais disponibles pour chaque application et budget, il est essentiel de bien associer la technologie d'impression aux objectifs de conception et aux exigences matérielles, ce qui nécessite des recherches et une prise en compte de ces facteurs clés :
- La fonctionnalité de la pièce - Va-t-elle subir des charges ou 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 avoir des prix premium
- Facilité de post-traitement - Certains supports d'impression de matériaux sont plus faciles à enlever
- Votre modèle d'imprimante 3D et ses spécifications - Les capacités des matériaux varient.
Une comparaison des matériaux d'impression 3D populaires en utilisant des caractéristiques clés
| Matériau | Propriétés | Paramètres d'impression | Coût |
|---|---|---|---|
| PLA | Force moyenne, faible flexibilité, durabilité modérée | 180-230°C | Bas |
| ABS | Fort, modérément flexible, très durable | 210-250°C | Moyen |
| PETG | Fort et flexible, haute durabilité | 230-260°C | Moyen |
| TPU | Force moyenne, très haute flexibilité, durabilité modérée | 220-250°C | Moyen-Haut |
| Nylon | Haute résistance et flexibilité, excellente durabilité | 240-260°C | Élevé |
| PEEK | Extrêmement résistant, légèrement flexible, très haute durabilité | 360-400°C | Très Élevé |
| Résine | La résistance et la durabilité varient selon le type, non flexible, durci aux UV | N/A | Élevé |
Gagner de l'expérience reste crucial avant d'entreprendre des constructions complexes. Les innovations matérielles constantes offrent également aux imprimantes 3D plus de capacités chaque année. La référence à des données quantitatives telles que les fiches de sécurité ou techniques aide les ingénieurs et les designers lors de la sélection et de la qualification du matériau optimal pour chaque application.
Post-traitement des objets imprimés en 3D
Une impression fraîche directement sortie du plateau de construction ne satisfait rarement les exigences dès le départ. Divers processus de finition améliorent la résistance, l'esthétique et la fonctionnalité :
- Suppression des structures de support– Détachez les supports ou dissolvez-les dans des bains chimiques.
- Ponçage et Lime– Lisse les étapes superficielles visibles entre les couches dans les impressions.
- Préparation et Peinture– Les impressions SLA en particulier ont besoin d'être lissées, scellées et peintes pour cacher les étapes de couches d'impression révélées après le ponçage.
- Pièces de jonction- Collez les composants en utilisant des solvants, des époxys ou des soudures MABS pour les joints de piscine.
- Impressions Métalliques– Nécessite des cycles de désolidarisation et de frittage pour brûler les polymères et fusionner les poudres en métaux solides.
L'avenir des matériaux d'impression 3D
3D l'impression continue de s'étendre des objectifs de prototypage rapide de niche vers la fabrication de pièces finales dans divers secteurs. Avec les économies d'échelle, la baisse des coûts d'imprimante et une gamme plus large de matériaux, un avenir de production entièrement distribuée et à la demande est plausible. Mais la véritable durabilité dépend de la restructuration des chaînes d'approvisionnement pour conserver les ressources à mesure que les technologies avancent.
Percées dans plastiques biocomposables 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 à des efforts collaboratifs entre les entreprises, les chercheurs et les régulateurs, l'impression 3D pourrait offrir un accès équitable et respectueux du climat aux biens manufacturés à l'échelle mondiale.
Le À Emporter
Alors que les imprimantes et les matériaux progressent pour offrir une plus grande précision, résistance et fonctionnalité à des coûts inférieurs, les possibilités sont infinies. Avec la connaissance des méthodes fondamentales, des matériaux et des techniques de post-traitement abordées ici, les ingénieurs peuvent tirer parti de l'impression 3D pour imaginer des conceptions de produits et des entreprises entièrement nouvelles. Maintenir des pratiques responsables et durables alors que l'impression 3D se propage davantage garantira que la technologie contribue à un avenir équitable et prospère dans le monde entier.