En bref : l'impression 3D de polymères résistants et durables est essentielle pour les pièces qui doivent résister aux conditions industrielles réelles. Choisir le bon matériau ne consiste pas à trouver une option unique « la plus résistante », mais à adapter les polymères aux besoins de l'application. De la résistance à la traction et aux chocs à la résistance à la chaleur et aux substances chimiques, chaque facteur influe sur les performances. En choisissant les matériaux en fonction des exigences de chaque cas d'utilisation, les prototypes fonctionnels et les pièces destinées à l'utilisation finale peuvent allier fiabilité et durabilité à long terme.
Lorsque vous devez imprimer des pièces capables de résister à des conditions industrielles difficiles, vous aurez besoin de matériaux d'impression 3D résistants. Mais il n'est pas toujours facile de savoir quel est le meilleur choix.
Ce serait bien s'il existait un critère unique et universel permettant de décrire la résistance ou la durabilité d'un matériau, et si vous pouviez simplement choisir le matériau d'impression 3D « le plus durable » pour votre application. Cependant, la réalité est bien plus complexe :
Le tableau ci-dessus ne présente qu'un échantillon des matériaux proposés par Stratasys, qui constituent un sous-ensemble de tous les matériaux d'impression 3D polymères, eux-mêmes un sous-ensemble des matériaux en général.
Ce tableau ne présente également que la résistance à la tension, la résistance aux chocs et la température de déflexion à la chaleur de ces matériaux. Il existe plusieurs autres façons de mesurer la résistance et la robustesse d’un matériau.
Choisir le polymère adapté au prototypage fonctionnel ou à la production ne se résume pas à comparer la résistance à la tension ou la résistance à la chaleur. Des applications différentes exigent des priorités mécaniques différentes, et il est essentiel de savoir interpréter ces valeurs.
Dans les sections ci-dessous, nous définirons les principaux indicateurs de performance — tels que la résistance, la rigidité et la robustesse — et comparerons leurs variations selon les technologies d'impression 3D. Cela vous aidera à évaluer les compromis et à identifier la solution la mieux adaptée à votre application.
La résistance, la rigidité et la robustesse sont toutes des caractéristiques importantes d'un matériau durable. Mais que signifient réellement ces termes ? Comment déterminer la priorité à accorder à chacune d'entre elles lors du choix d'un matériau d'impression 3D durable ?
Lorsque vous avez besoin de pièces durables, choisissez un matériau d'impression 3D en fonction des propriétés ci-dessus afin de garantir la fiabilité et la durabilité de vos pièces fabriquées. Outre les spécifications des matériaux, la Technologie d'impression 3D sous-jacente devrait également avoir une influence significative sur votre décision.
Examinons donc les matériaux d'impression 3D résistants dans chacune des catégories suivantes :
Quand on pense aux « matériaux d'impression 3D résistants », les filaments FDM sont sans doute les premiers à venir à l'esprit, ce qui est tout à fait logique. L'Impression par Dépôt de Fil est réputée pour produire certains des filaments d'impression 3D les plus résistants qui soient.
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Matériau |
Résistance aux chocs avec entaille (J/m) |
Élongation à la rupture (%) |
Résistance à la tension à la rupture (MPa) |
Résistance à la flexion à la rupture (MPa) |
Température de déformation sous charge (HDT) à 264 psi (°C) |
|
PC-ABS |
241 |
4,7 |
34,7 |
(sans rupture) |
112 |
|
ABS-M30i™ |
139 |
4 |
36 |
61 |
82 |
|
Nylon 12 |
138 |
30 |
33,4 |
(sans rupture) |
75,3 |
|
Nylon 12CF |
106 |
2,4 |
83,5 |
153 |
154 |
|
ABS-M30™ |
101 |
8,1 |
28,1 |
(sans rupture) |
99,9 |
|
ULTEM™ 9085 |
88,5 |
5,4 |
68,1 |
104 |
172,6 |
Vous remarquerez peut-être qu'il existe ici des compromis évidents. Si vous recherchez le filament le plus résistant aux chutes ou à l'usure générale, vous opterez peut-être pour le PC-ABS. Si vous avez besoin d'une certaine ductilité, le Nylon 12 semble plus adapté. Si vous avez besoin d'une résistance et d'une résistance à la température élevée, l'ULTEM™ est probablement le meilleur choix.
Une société d'ingénierie a utilisé le Nylon 12CF, un matériau chargé en fibre de carbone, pour fabriquer un support léger et très résistant destiné aux antennes satellites maritimes. La résistance à la tension et la rigidité élevées de ce matériau, associées à l'enceinte de fabrication de l'imprimante F900, en ont fait un choix idéal pour cette application. Le support d'antenne imprimé en 3D a permis de réduire les coûts de production de 20 %, de diminuer le temps de production de 75 % et d'alléger la pièce de 38 %.
Autre point à noter concernant le FDM : il n'est généralement pas isotrope. Il est plus résistant au sein de chaque couche qu'entre les couches imprimées. C'est pourquoi on trouve généralement deux spécifications distinctes, l'une pour la résistance XZ et l'autre pour la résistance ZX. (Les spécifications indiquées ci-dessus concernent la direction XZ. Vous trouverez ici des fiches techniques avec les spécifications complètes.)
La technologie d'impression 3D FDM est un exemple classique d'approche min-max. Si vous avez besoin d'imprimer un objet solide et/ou de grande taille, c'est souvent la meilleure solution. De plus, les machines FDM comptent généralement parmi les plus faciles à intégrer et à prendre en main.
Si l'aspect esthétique est essentiel, la technologie d'impression 3D FDM n'est peut-être pas la meilleure solution, car elle a tendance à laisser des lignes de couche visibles sur la pièce imprimée. La technologie d'impression 3D FDM n'est pas non plus adaptée à l'impression de pièces comportant plusieurs couleurs, plusieurs matériaux ou des détails délicats à résolution élevée.
La technologie PolyJet a toujours été considérée comme l'exact opposé de la technologie d'impression 3D FDM. Si la FDM est optimisée pour la résistance, la PolyJet est privilégiée pour son esthétique.
PolyJet permet d'imprimer plusieurs couleurs et matériaux en une seule impression. Elle offre une résolution élevée (épaisseur de couche pouvant descendre jusqu'à 14 μm).
En matière de robustesse, cependant, le PolyJet n'est généralement pas le premier choix. Cela a toutefois quelque peu changé avec la sortie récente du matériau ToughONE. Le ToughONE offre une combinaison unique de robustesse, de ténacité et d'un état de surface de haute qualité. Il peut être utilisé avec des couleurs et plusieurs matériaux pour le prototypage fonctionnel et même la production de pièces finales.
|
Matériau |
Résistance aux chocs avec entaille (J/m) |
Élongation à la rupture (%) |
Résistance à la tension (MPa) |
Résistance à la flexion (MPa) |
HDT à 264 psi (°C) |
|
Vero® |
20-30 |
10-25 |
50-65 |
75-110 |
45-50 |
|
ToughONE™ |
90 |
47-58 |
48-53 |
77-87 |
59-62 |
|
ToughONE renforcé |
90 |
22-36 |
61-63 |
85-87 |
75-77 |
|
ABS numérique |
90-110 |
25-40 |
55-60 |
65-75 |
51-55 |
|
RGD525™ |
14-16 |
10-15 |
70-80 |
110-130 |
55-57 |
PolyJet est idéale pour les applications où une précision élevée, des détails fins et un état de surface lisse sont essentiels. Elle est particulièrement adaptée à :
La fusion par absorption sélective (SAF) est un type de fusion sur lit de poudre (PBF) qui propose également des matériaux résistants :
|
Matériau |
Résistance aux chocs avec entaille (kJ/m²) |
Élongation à la rupture (%) |
Résistance à la tension (MPa) |
Résistance à la flexion (MPa) |
HDT à 264 psi (°C) |
|
Nylon PA12 |
4,17 |
11 |
47 |
54 |
77 |
|
PA11 à haut rendement |
7,4 |
30 |
51 |
51 |
47 |
|
Polypropylène |
3,5 |
22 |
26 |
28 |
56 |
Ici aussi, il existe une distinction claire entre les matériaux 3D très rigides (haute résistance à la flexion) et ceux qui sont robustes (haute résistance aux chocs). La résistance à la température est également un facteur important dans ce cas.
Un bureau d'études spécialisé dans la prestation de services de fabrication a utilisé la technologie SAF pour produire des pièces destinées à l'industrie aéronautique, notamment des gabarits, des posages, des outillages et des pièces de production. 3D Composites a privilégié le nylon PA12 pour sa rigidité, sa résolution des détails et sa résistance. La technologie SAF a permis une production à grand volume avec une uniformité des pièces, réduisant ainsi le coût par pièce et les délais, ce qui a permis à l'entreprise de respecter des délais de production serrés.
La technologie SAF est réputée pour sa grande répétabilité et son faible coût par pièce. Des centaines de pièces peuvent être imprimées en une seule session de 12 heures, ce qui permet d'atteindre des volumes de fabrication annuels de plusieurs dizaines de milliers de pièces. Associée à d'excellentes spécifications de résistance, cette technologie est particulièrement adaptée à la production de volumes moyens à élevés.
La technologie SAF n'est pas recommandée pour les applications nécessitant une finition très lisse. Dans ces cas-là, il vaut mieux opter pour une solution PolyJet, SLA ou la technologie DLP P3™.
Les imprimantes DLP P3™ sont réputées pour leur combinaison rare d'une excellente résistance et de performances matérielles, ainsi que pour leur état de surface et leur précision dimensionnelle exceptionnelles. Cela les rend parfaites pour les aides à la production et autres fabrications en petites séries, où les pièces doivent être suffisamment résistantes pour supporter une utilisation quotidienne, tout en exigeant un haut niveau d'état de surface et de précision dimensionnelle.
|
Matériau |
Résistance aux chocs (J/m) |
Élongation à la rupture (%) |
Résistance à la tension (MPa) |
HDT à 66 psi (°C) |
|
LOCTITE® 3D 3172 |
73 |
105 |
39 |
51 |
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LOCTITE 3D 3843™ |
53 |
43 |
51 |
63 |
|
LOCTITE 3D IND405™ |
51 |
101 |
45 |
53 |
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DURA5™6 |
55 |
78 |
42 |
52 |
Nous pouvons passer la section « quand l'utiliser » ici, car cette technologie fonctionne si bien dans de nombreux cas qu'il est en réalité plus simple de simplement indiquer quand ne pas l'utiliser. Il n'y a essentiellement que deux domaines dans lesquels le DLP P3™ présente des performances insuffisantes :
Une fois que vous avez une bonne idée de la Technologie d'impression 3D qui répondra le mieux à vos besoins, il vous reste à sélectionner le matériau adapté à la fabrication additive. Vous devez tenir compte des différentes propriétés du matériau :
Si vous vous interrogez sur les spécifications des matériaux possibles pour votre prochain projet, je peux vous donner deux conseils simples :
