Impression 3D - FDM - Choix des matériaux

2023

Expertise

Un marché en pleine évolution et une offre diversifiée

Depuis le lancement de la première imprimante 3D par Stratasys qui n'offrait que l'ABS comme matériau d'impression, le marché du filament de plastique s'est développé pour offrir des dizaines de matériaux différents. Cette offre élargie donne de nombreuses opportunités et possède des caractéristiques physiques et esthétiques distinctives pour s’adapter à chaque application.

En 2009, la Cupcake CNC était conçue pour accueillir un filament d'ABS de 3mm. Ce format fut exploité principalement de par sa disponibilité. En effet, le filament d'ABS était communément utilisé dans les années 80 pour la réparation des pièces de plastique par soudage à l'air chaud. Ce procédé était principalement utilisé dans le domaine automobile. Stratasys offrait, dans un emballage spécifiquement dédié aux imprimantes, un plastique d'ingénierie basé sur l'ABS, l'ABSplus, qui se détaillait à plus de 150$ USD par kilogramme.

La première révolution dans le marché du filament d'impression est l'avénement du PLA sous la forme de filament. Créé au début des années 2000, ce matériau s'est avéré être un matériau de choix pour ce procédé : point de fusion assez faible, gauchissement limité, inodore et écologique. C'est aujourd'hui le matériau le plus utilisé pour l'impression 3D. En 2009, plusieurs compagnies offraient déja le PLA en filament : MakerBot, Ultimachine, Faberdashery, RepRapPro.

Des compagnies mentionnées précédemment, Ultimachine, fondé en 2008, était spécialisée dans la fabrication de filament pour le marché hobbyiste d'impression 3D. Ils ont amené au marché des matériaux novateurs qui ont transformé la technologie :
TPU / Nylon / PETG / PEEK / PC

Peu de temps s'était écoulé entre la démocratisation de l'impression 3D et l'abondance des filaments d'impression. Une autre avancée marquante a eu lieu en 2013 quand ProtoPlant a commercialisé le premier filament renforci de fibre de carbon : le PLA-CF. Plusieurs entreprises travaillaient en parallèle sur des solutions similaires. Leurs innovations ont vu le jour peu de temps après :
PA-CF / PET-CF / PETG-CF / ASA-CF / PEKK-CF
PP-GF / PC-GF / PA-GF

“Celui qui a le choix a aussi le tourment.”

Proverbe allemand

Le choix du filament doit être basé sur plusieurs facteurs liés à la raison d'être de la pièce finale.

Avec l'embarras du choix, plusieurs points sont à considérer : le coût, la durabilité souhaitée, l'environnement dans lequel la pièce sera utilisée, la facilité d'impression pour éviter de perdre du temps à produire, l'imprimante disponible pour fabriquer la pièce. Certaines caractéristiques sont quantifiables, ce qui permet de comparer plusieurs matériaux disponibles sur le marché.
Afin de dresser un portrait sommaire de l'éventail des solutions disponibles et de l'impact du choix d'un de ces matériaux, Innovation M2 avons créé un support visuel sous la forme d'un tableau.
Le tableau ne prend pas en compte des caractéristiques qui peuvent aussi être considérées comme la résistance aux produits chimiques, l'ininflammabilité, la résistance aux rayons UV, la capacité de faire un traitement de surface sur la pièce, la biocompatibilité et bien d'autres.

Comparatif sommaire des filaments d’impressions 3D disponibles

 

 

 

 

Cet outil met de l’avant certaines caractéristiques qui peuvent avoir un impact dans le choix du matériau de votre prochaine pièce imprimée :

 

  • Le PETG-CF est un très bon choix pour la fabrication de gabarits (facile à imprimer, faible coût, bonne résistance à la tension et flexion, rigidité intéressante)
  • On pense souvent à l’Ultem (PEI 9085) pour les équipements résistants à la chaleur mais le PET-CF est une bonne solution si on doit considérer un effort sur la pièce (basé sur la température de fléchissement sous charge (« Heat deflexion temperature »)). Le coût du PET-CF est moins de la moitié de celui du PEI 9085 en plus d’être très facile à imprimer avec la Bambu Labs X1-Carbon.
  • Pour une pièce ayant un grand besoin de rigidité (comme un support de caméra qui nécessite une image stable), le ASA-CF peut s’avérer une très bonne alternative moins dispendieuse que le PEKK-CF15.
  • Si une pièce rigide doit résister aux impacts, un choix intéressant serait le CPE+. Bien qu’il est moins résistant aux impacts que d’autres matériaux, il reste moins dispendieux que le PEEK, plus facile à imprimer que le PP et plus rigide que le TPU 85A et le TPU 95A.
  • Une solution toute usage reste le PAHT-CF avec un prix raisonnable et des performances satisfaisantes à tous égards.

 

*Les références dans ce texte sont liées à leurs fiches techniques détaillées et utilisées chez Innovations M2.

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