Les matériaux utilisés dans l’impression 3D additive

PLA, ABS

• Le PLA: Le PLA, ou acide polylactique, est un plastique présent dans notre quotidien. Le PLA est plébiscité notamment dans le domaine des emballages alimentaires, sacs plastiques, etc. Rapidement, dans l’impression 3D, le PLA s’est placé comme étant le filament le plus utilisé.Il s’agit d’un bio-plastique, issu généralement d’amidon de maïs, mais aussi de cannes à sucre, betterave, etc. Il est biodégradable en conditions industrielles. Dans son état « naturel » le PLA est beige et légèrement translucide. Les filaments PLA pour imprimantes 3D comportent des pigments afin d’obtenir une coloration. Ces additifs sont susceptibles de modifier le caractère biodégradable en condition industrielle du PLA. La limite première du PLA est sa faible résistance à la chaleur (déformation des pièces généralement dès 40°C). Des variantes de PLA (PLA x-3, HD PLA) peuvent être recuits après impression afin de développer des résistances accrues à la chaleur. Ces procédures de recuisson entrainent par ailleurs une perte de cote de la pièce imprimée en 3D. Le PLA+ a les mêmes caractéristiques que le PLA en apportant en plus une meilleure résistance.
• ABS: Le filament ABS ou « Acrylonitrile butadiène styrène » est un polymère thermoplastique, on le retrouve dans de nombreux objets de la vie courante. Après le PLA, le filament ABS est le plus utilisé dans l’impression 3D, il est compatible avec l’ensemble des imprimantes 3D du marché. Le fil ABS est souvent utilisé dans l’industrie pour ses propriétés techniques, il a une plus grande résistance aux chocs et cassures. Le filament ABS a plus grande résistance à l’eau et la chaleur, il commence à ramollir à partir de 80°C.
  

PET, PA

• PET: Le PET (polyethylene terephthalate) est un plastique de type polyester très courant qui est notamment utilisé dans la fabrication de bouteilles en plastique et d’emballages. Dans sa forme originelle le PET est difficile à imprimer, c’est pourquoi la plupart des filaments PET sont en fait des filaments PET-G : le PET est glycolisé pour pouvoir être extrudé puis transformé en filament pour imprimante 3D. Dans son état d’origine ce matériau est très translucide et laisse passer la lumière à 90 %. Aussi historiquement les filaments PETG sont translucides, idéal pour les projets qui nécessitent une certaine transparence. Le PETG est une très bonne alternative au filament ABS : meilleure adhérence inter-couches et impression plus facile.
• PA:Utilisés dans la technique du frittage laser (SLS), ils se présentent sous forme de poudre. Dans le cadre d’une utilisation avec un procédé de dépôt de filament, on retrouve par exemple le nylon sous forme de bobines. Résistant et élastique, il fond à une température de 235 à 260°C et ne nécessite pas forcément de plateau chauffant. La grande majorité des polyamides est compatible avec un contact alimentaire.

Résine, PVA

• Résine: Inventée dans les années 80, la stéréolithographie fut la première technologie de fabrication additive, et reste aujourd’hui l’une des technologies les plus prisées par les professionnels. Le SLA utilise un laser afin de transformer une résine liquide en un plastique solide, grâce au procédé de photo polymérisation.Utilisées dans les procédés SLA et PolyJet, les résines offrent différentes propriétés physiques propres à chaque type de résine. Elles permettent des impressions très détaillées et solides, sur des formes complexes. Son rendu très lisse demande un post-traitement assez simple.
• PVA: Le PVA (alcool polyvinylique) est utilisé dans les impressions 3D utilisant le dépôt de filament fondu, notamment avec des machines à plusieurs buses d’extrusion. Il permet de s’affranchir des supports imprimés dans le même matériau que celui de la pièce, souvent difficile à éliminer. Biodégradable, un simple passage dans l’eau permet de l’éliminer.

HIPS

• HIPS: Le HIPS (High impact polystyrène) est proche de l’ABS et offre même un rendu plus lisse que ce dernier. Son intérêt en tant que matériaux de support réside dans sa solubilité dans le D-limonène, une dissolution qui demande toutefois un temps plus long que pour éliminer du PVA.

Les Métaux

Aluminium, Acier, Cobalt-Chrome et Titane

• Aluminium: On retrouve l’aluminium dans des alliages comme l’AlSi10Mg, dans lequel il est combiné à du silicium et du magnésium. C’est un alliage à la fois résistant et léger, utilisé notamment dans l’industrie aérospatiale ou les moteurs. Il existe également une poudre appelée alumide, qui se compose d’un polymère et d’aluminium. Elle offre un aspect proche de celui du métal, mais reste très légère. En revanche, elle n’est pas aussi solide que du véritable métal. De plus, si elle résiste à l’eau, l’alumide n’est pas parfaitement étanche puisque poreuse.
• Acier: Répondant également au doux nom d’inox, l’acier inoxydable est l’un des matériaux les plus utilisés dans l’industrie, en plus d’être l’un des plus anciens. Il est doté d’excellentes qualités mécaniques et peut être couplé à des métaux précieux comme l’or ou l’argent. La société EOS a développé un acier appelé Maraging Steel MS1, extrêmement résistant et utilisé dans l’outillage. Il est en outre aisé à usiner et répond bien au polissage en post-impression.
• Cobalt-Chrome: Si jusqu’à présent on utilisait principalement cet alliage avec des techniques de moulage, le procédé EBM offre la possibilité de l’exploiter en fabrication additive. Solide et très résistant à l’usure, on le retrouve dans la création de prothèses médicales et l’industrie dentaire. Certaines variantes du cobalt-chrome résistent à des températures de plusieurs centaines de degrés, idéales pour la fabrication de moules.
• Titane : Chouchou des industriels pour son rapport solidité/poids excellent, le titane est en outre résistant à la corrosion. Certains alliages comportant du titane sont biocompatibles et donc utilisés pour les prothèses. Il offre en effet une très bonne adhérence aux tissus et même à l’os. L’intérêt de l’impression 3D en titane est qu’elle offre un rendu de meilleure qualité qu’avec les techniques habituelles, puisqu’elle ne s’embarrasse plus des problèmes de soudure notamment.

Les Céramiques

• Céramique : L’impression 3D offre un intérêt certain dans la création d’objets complexes en céramique. Pour ce faire, soit on utilise le procédé SLA avec de la résine liquide couplée à de la céramique, soit on exploite la technique SLS avec une poudre de céramique. Le processus ne permet pas de s’émanciper de la phase d’émaillage durant laquelle l’objet est soumis à une température de plus de 1000°C.

Les matériaux organiques

Cires, Matières Alimentaires, Bois

• Cires : Utilisées pour la création de moules de haute précision, les cires sont exploitées dans des domaines comme la bijouterie ou l’industrie dentaire. La résistance du matériau à la chaleur permet de fabriquer des moulages pour des objets métalliques.
• Matières Alimentaires : Du chocolat au fromage en passant par le sucre, de nombreux aliments peuvent être imprimés en 3D. Certaines machines, comme la Choc Creator, offrent la possibilité d’imprimer des formes très complexes et précises en chocolat. La confection de décorations comestibles est aujourd’hui la principale utilisation de l’impression 3D dans le domaine culinaire. Toutefois, de nombreuses réserves sont émises quant à l’hygiène autour des créations produites.
• Bois : Il ne s’agit pas d’imprimer des objets composés à 100 % de bois, mais de création à partir d’un alliage de polymère et de bois recyclé — environ 40 %. Le filament offre un rendu visuellement extrêmement proche du véritable bois. On fait alors varier la couleur de rendu en adaptant la température d’extrusion (de 185 à 230°C).

Tissu Biologique

• Tissu Biologique : La création d’un tissu se fait grâce à un gel dans lequel des cellules sont injectées, leur permettant ainsi de se développer. Le procédé est bien plus efficace que le prélèvement de tissu animal, en revanche, il nécessite un appareillage complexe qui permet d’alimenter en sang le tissu créé.

L’Avenir

De nouveaux matériaux dans l’impression 3D commencent à faire leur apparition, plusieurs sociétés utilisent du béton pour la construction de maisons pour les particuliers avec des gains de temps incroyable par rapport à une construction dite classique….