Matériaux d'impression 3D : types, propriétés et comment choisir le meilleur

Matériaux d'impression 3D

La fonction de votre pièce déterminera le matériau d'impression 3D le plus adapté. Le PLA et l'ABS conviennent au prototypage. Les nylons SLS et les résines techniques sont utilisés pour les pièces fonctionnelles. L'impression métal est réservée aux applications industrielles hautes performances. Choisissez le procédé approprié en fonction du matériau et des performances requises.

Comprendre les matériaux 3D est essentiel, surtout lorsque les pièces passent du stade de prototype à celui d'application fonctionnelle. Un prototype visuel en PLA est esthétiquement correct sur un bureau. Cependant, il se fissure et se ramollit sous l'effet de la chaleur. Il est donc important de savoir quels matériaux peuvent répondre à quelles exigences.

ProLean Tech fournit une solution complète Service d'impression 3D, de la sélection des matériaux à la production finale pour les commandes sur mesure Impression 3D  Pour vos projets, que vous optiez pour des plastiques pour un prototype ou des métaux pour des composants fonctionnels, notre équipe vous aide à sélectionner le matériau et le procédé les mieux adaptés à votre application.

Quels matériaux peuvent être utilisés en impression 3D ?

Les matériaux utilisés en impression 3D sont généralement divisés en deux grandes catégories : Plastiques d'impression 3D et Métaux d'impression 3D.

Thermodurcissables contre thermoplastiques : la différence fondamentale

Il est important de comprendre les deux principaux types de plastique pour l'impression 3D avant de comparer les matériaux.

Thermoplastiques :

• Peut être fondu et resolidifié plusieurs fois. Utilisé en impression FDM et SLS. Exemples : PLA, ABS, PETG, nylon et TPU.
• L'industrie automobile utilise des pièces en nylon thermoplastique pour les clips et les supports, car ce matériau peut être refondu si des modifications de conception sont nécessaires.
• Privilégié dans la production axée sur le recyclage, car les déchets peuvent être retraités.

Thermodurcissables :

• Les résines SLA durcissent définitivement sous l'effet des UV ou de la chaleur et ne peuvent être refondues. Ce sont des résines thermodurcissables. Elles permettent de produire des pièces lisses et isotropes présentant une résistance homogène dans toutes les directions.
• Les laboratoires dentaires utilisent des résines thermodurcissables SLA pour les guides chirurgicaux car une dureté permanente et une stabilité dimensionnelle sont essentielles.
• Mieux que les thermoplastiques, lorsque la résistance à la chaleur et la qualité de surface ne peuvent être compromises, comme pour les modèles de fonderie de bijoux.

Matériaux émergents :

Voici quelques matériaux émergents pour l'impression 3D

• Les thermoplastiques biodégradables, comme les mélanges de PLA à base de plantes, sont de plus en plus utilisés dans les emballages et les biens de consommation.
• Le nylon renforcé de fibres de carbone allie recyclabilité et rigidité quasi-métallique, et est utilisé dans l'aérospatiale et la robotique.
• Des résines thermodurcissables chargées de céramique sont en cours de développement pour des applications industrielles à températures extrêmes.

Matériaux d'impression 3D FDM

filaments d'impression FDM 

La technologie FDM consiste à faire fondre du thermoplastique et à le déposer couche par couche. C'est la méthode d'impression la plus abordable et la plus accessible, parfaitement adaptée aux pièces fonctionnelles simples et aux prototypes basiques.

ABS vs PLA

Il s'agit de la comparaison la plus couramment utilisée pour choisir les matériaux FDM.

Le PLA Ce matériau est l'un des plus faciles à imprimer en FDM. Biodégradable et inodore, il est idéal pour les prototypes visuels et les maquettes. Ses points faibles sont sa faible résistance à la chaleur (il ramollit aux alentours de 60 °C) et sa fragilité aux chocs.

Idéal pour les prototypes visuels et les maquettes. Privilégiez le PLA pour le prototypage sur table lorsque la résistance à la chaleur n'est pas requise.

ABS Résiste à des températures jusqu'à 100 °C. Idéal pour les prototypes fonctionnels soumis à des contraintes mécaniques. Il s'agit d'un compromis entre la nécessité d'un plateau d'impression chauffant et celle d'une ventilation adéquate.

Idéal pour les prototypes fonctionnels soumis à des contraintes mécaniques. Privilégiez l'ABS lorsque la pièce doit résister à des températures allant jusqu'à 100 °C.

L'ABS et le PLA ne sont pas les matériaux les plus adaptés à la production de pièces en série. Les résines techniques et les nylons SLS offrent des performances mécaniques supérieures.

Matériaux FDM clés supplémentaires

L'anisotropie constitue une limitation majeure de l'impression FDM. L'adhérence entre les couches engendre des faiblesses directionnelles. L'orientation d'impression est donc cruciale si la pièce est soumise à des contraintes directionnelles.

Matériaux d'impression 3D SLA

Matériau d'impression 3D SLA 

La stéréolithographie (SLA) est un procédé qui utilise un laser pour durcir la résine liquide. Ce procédé permet d'obtenir une finition de surface d'une qualité exceptionnelle, avec les tolérances les plus serrées et la plus haute résolution de toutes les méthodes d'impression plastique. Les liaisons chimiques entre les couches confèrent aux pièces leur isotropie.

Catégories de résines SLA

SLA est largement utilisé Matériel d'impression 3D, présentant différents types selon leur utilisation : 

• Résines à usage général : Adaptées aux maquettes conceptuelles et au prototypage visuel grâce à leur finition lisse et mate.
• Ingenierie RésinesConçues pour imiter le comportement de l'ABS et du PEHD, ces résines résistent à la compression, à la flexion et aux chocs. Boîtiers, coffrets et connecteurs sont disponibles en version standard.
• Résines rigidesRemplis de verre ou de céramique pour une rigidité maximale. Utilisés dans les gabarits et les dispositifs de fixation, ainsi que dans les composants haute température pour la circulation de l'air.
• Flexible et Élastique Résines : Elles imitent le comportement du silicone ou du caoutchouc. Ces résines peuvent être pliées à plusieurs reprises sans se déchirer. Elles sont idéales pour les prototypes de dispositifs médicaux.
• Haute-Temp RésinesIls conservent leur forme à la chaleur. Ils sont utilisés pour les moules et les inserts, ainsi que pour les pièces exposées à la chaleur.
• Biocompatibl à RésinesConçu pour les applications dentaires et médicales nécessitant une sécurité des matériaux.

La stéréolithographie (SLA) offre le plus grand choix de matériaux parmi toutes les méthodes d'impression plastique. La résine choisie est directement liée à… Les exigences mécaniques et thermodynamiques de l'application sont prises en compte. Ces matériaux sont particulièrement adaptés aux maquettes, prototypes visuels, boîtiers, enceintes et pièces mécaniques.

Matériaux d'impression 3D SLS

Matériaux SLS 

Le frittage sélectif par laser (SLS) utilise divers matériaux, notamment des thermoplastiques, du nylon, des poudres métalliques, etc. Aucune structure de support n'est nécessaire car la poudre non fusionnée soutient la pièce pendant l'impression. Une flexibilité de conception inégalée pour les géométries complexes. Le nylon 12 est le matériau standard utilisé pour le frittage sélectif par laser (SLS). Résistant aux chocs, robuste et stable à l'humidité, aux UV et aux produits chimiques, il constitue un excellent choix pour les prototypes fonctionnels et les composants de production finale.

Le nylon 11 est plus rigide que le nylon 12, mais possède une élasticité supérieure. Il convient aux applications où la robustesse prime sur la rigidité. Pour les applications exigeant une rigidité structurelle, des composites en nylon renforcés de fibres de verre ou de carbone sont disponibles. Le TPU utilisé en frittage laser sélectif (SLS) permet de créer des composants souples, semblables à du caoutchouc, offrant une excellente stabilité aux UV et une bonne absorption des chocs. Les performances mécaniques des pièces fabriquées par frittage laser sélectif (SLS) sont similaires à celles des composants moulés par injection. L'état de surface peut être amélioré par des traitements ultérieurs, tels que le tribofinition et la teinture.

Matériau d'impression 3D métallique

Métal pour impression 3D

L'impression métal est principalement utilisée dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et du médical. Les procédés DMLS et SLM fusionnent la poudre métallique couche par couche, produisant des pièces robustes difficiles à reproduire par usinage traditionnel.

Les métaux couramment utilisés pour l'impression 3D comprennent :

• Le titane est utilisé pour la fabrication de composants légers, résistants et résistants à la chaleur dans les secteurs de l'aérospatiale et des implants médicaux.
• L'acier inoxydable est utilisé pour les composants industriels résistants à la corrosion et à haute résistance.
• pièces structurelles légères en aluminium et composants de gestion thermique
• Les alliages de nickel sont utilisés dans les composants et les moteurs de turbines à haute température
• Acier à outils pour matrices et moules, ainsi qu'outillage à forte usure

L'impression sur métal est plus coûteuse que l'impression sur plastique. Si vous recherchez des propriétés similaires à celles du métal à moindre coût, envisagez la galvanoplastie ou le moulage de pièces en plastique à partir de modèles SLA.

Comment choisir les meilleurs matériaux d'impression 3D ?

Voici quelques étapes de base à suivre pour sélectionner des matériaux d'impression 3D adaptés. 

Étape 1 : Déterminez votre niveau de performance

Faible niveau de rendement

• Aucune exigence mécanique, seulement des maquettes visuelles ou des essais d'ajustement
• Matériaux compatibles : résines PLA ou résines SLA classiques
• Exemple d'utilisation : Un designer imprime une maquette de coque de téléphone pour vérifier son aspect et sa prise en main. Aucune résistance n'étant requise, une résine SLA standard suffit.

Performance modeste

• Des prototypes fonctionnels qui doivent se comporter comme de véritables pièces de production
• Matériaux compatibles : ABS, résines techniques SLA ou nylons SLS
• Exemple d'utilisation : Un ingénieur imprime un prototype de boîtier de vanne qui sera testé sous faible pression pour confirmer l'ajustement de l'assemblage et le fonctionnement de base avant le début de la production en série.

Optimisation

• Pièces soumises à une usure prolongée, à la chaleur, à une exposition chimique ou à des charges cycliques
• Matériaux appropriés : composites nylon SLS ou résines techniques SLA
• Exemple d'utilisation : Un fabricant imprime un support pour un composant automobile situé sous le capot, qui doit résister aux cycles thermiques, aux vibrations et aux contacts occasionnels avec les fluides du moteur.

Étape 2 : Faire correspondre les propriétés spécifiques du matériau

Une fois votre niveau de performance déterminé, sélectionnez les matériaux adaptés à la pièce.

• Résistance aux chocs : ABS en FDM ou nylon, résines résistantes en SLA ou Nylon 11 ou 12.
• Flexibilité : le TPU peut être utilisé avec les technologies FDM, SLA ou SLS.
• Résistance à la chaleur : Résines SLA haute température ou rigides. Nylon 12 pour SLS
• Résistance chimique : PETG pour FDM, résines rigides pour SLA, nylon pour SLS
• Rigidité : Résines SLA rigides, composites nylon SLS, composites fibres de carbone FDM

Étape 3 : Prendre en compte les compromis liés au processus

Le matériau et le procédé sont interdépendants. La stéréolithographie (SLA) est un procédé permettant d'obtenir des tolérances serrées, des finitions lisses et une large gamme de matériaux. Le frittage sélectif par laser (SLS) est le procédé privilégié si la géométrie interne est primordiale. Le nylon est le matériau principal.

Erreurs de sélection des matériaux 

Choisissez d'abord le matériau, puis définissez l'application. La priorité est donnée aux exigences de performance. Le matériau est choisi en fonction des besoins de la pièce.

• Négliger l'anisotropie lors de la conception de pièces FDM. Les lignes de couches FDM créent une fragilité directionnelle. Avant la production, les pièces FDM soumises à des charges doivent être orientées.
• Erreur de calcul de la température de fonctionnement. Le PLA se ramollit lorsqu'il est chauffé à des températures couramment atteintes dans les habitacles automobiles, les environnements industriels et autres applications. Vérifiez toujours la température de fléchissement sous charge par rapport aux conditions réelles d'utilisation.
• Lorsque le moulage est suffisant, l'impression métal est à privilégier. Les modèles de moulage à cire perdue par stéréolithographie (SLA) permettent de produire des pièces métalliques plus rapidement et à moindre coût pour de nombreuses applications.

Conclusion 

L'étape la plus importante de tout projet d'impression 3D est le choix du matériau. La capacité à adapter les performances aux propriétés des plastiques FDM, des résines SLA, des nylons SLS et des métaux est déterminante pour la réussite ou l'échec des pièces en conditions réelles d'utilisation.

L'équipe de ProLean Tech possède une vaste expérience dans tous les principaux procédés et types de matériaux. Elle peut vous aider à choisir la meilleure option et à réaliser des économies en évitant les réimpressions coûteuses. contactez-nous. pour discuter du choix des matériaux pour votre prochain projet.

Les Questions

Quels matériaux conviennent à l'impression 3D de pièces fonctionnelles ? 

Les principales options sont le nylon 12 SLS, les résines techniques et les résines SLA rigides. Le choix dépend des exigences mécaniques, thermiques et chimiques de l'application.

Quelles sont les différences entre les plastiques FDM et SLA ? 

Les filaments FDM sont des thermoplastiques qui fondent puis se resolidifient. Les résines SLA sont des thermodurcissables qui durcissent définitivement sous l'effet des UV. Les pièces SLA présentent une surface plus lisse et sont plus isotropes. Les pièces FDM peuvent être anisotropes et sont plus abordables pour les applications courantes.

Quel procédé offre la meilleure comparaison des matériaux d'impression 3D pour les prototypes fonctionnels ? 

Les résines techniques SLA et le nylon SLS permettent tous deux de produire des prototypes fonctionnels et résistants. Le SLS offre une plus grande liberté de conception pour les géométries complexes. Le SLA offre une qualité de surface supérieure ainsi qu'une gamme plus étendue de possibilités. propriétés matérielles.

Quel matériau est le plus adapté à la fabrication de pièces automobiles par impression 3D ?

Pour les pièces automobiles, le nylon 12 SLS est un choix courant car il résiste bien à la chaleur, aux vibrations et aux contraintes mécaniques. Il est utilisé pour les conduits d'air, les clips, les supports et les composants sous le capot. Pour les pièces d'aspect ou d'exposition, la résine SLA offre une finition plus lisse.

Quel matériau d'impression 3D est le plus adapté aux dispositifs médicaux ?

Les résines techniques SLA sont largement utilisées dans le domaine médical car elles permettent de produire des pièces lisses et précises. Des résines biocompatibles sont disponibles pour des applications telles que les guides chirurgicaux et les modèles dentaires. Le nylon SLS est également utilisé pour les composants prothétiques en raison de sa résistance et de sa flexibilité.