Guide complet des matériaux d'impression 3D : Plastiques, métaux, résines et autres

Découvrez la vaste gamme de matériaux d'impression 3D, notamment les plastiques, les métaux, les résines et les composites. Apprenez leurs propriétés, leurs applications et les meilleures techniques d'impression pour chaque matériau. Explorez les processus FDM, SLA et SLS, et trouvez des conseils pour sélectionner et stocker les matériaux pour une impression réussie. L'impression 3D dans le prototypage.

Explorer la vaste gamme de matériaux utilisés pour l'impression 3D

L'impression 3D est un outil de production avancé qui a apporté un changement radical dans la conception et la fabrication des produits. Grâce à sa capacité à "imprimer", l'impression 3D permet aux concepteurs et aux ingénieurs de créer rapidement des produits complexes. La caractéristique fondamentale de ce système hautement adaptable réside dans les matériaux avec lesquels les imprimantes transforment les fichiers en éléments tangibles, couche par couche.

Afin de rendre ce guide aussi complet que possible, il présentera les options disponibles dans différentes catégories de matériaux d'impression 3D telles que les plastiques, les métaux, les résines, les poudres et les composites. Chaque catégorie comprend divers types de matériaux à utiliser dans les techniques d'impression 3D adaptées à différents processus. Pour choisir le bon matériau, il est essentiel de comprendre les propriétés telles que la solidité, la flexibilité, la résistance à la chaleur et les performances des pièces imprimées qui en résultent.

Des aspects clés tels que les formats de filaments, rôle de l'impression 3D Les techniques de fabrication et les propriétés des matériaux seront abordées. Au fil du temps, une sélection plus fine des filaments plastiques courants, des poudres métalliques et des types de résine sera abordée. En général, l'idée est d'offrir aux lecteurs une introduction claire et complète à une large gamme de matériaux d'impression 3D.

Matériaux d'impression 3D

L'impression 3D englobe un large éventail de types de matériaux, chacun étant adapté pour produire des objets aux caractéristiques uniques. Le choix du matériau définit les capacités et les performances des pièces imprimées.

Matières plastiques

Les thermoplastiques tels que l'ABS, le PLA, le nylon et le TPU dominent les matériaux d'impression 3D de bureau en raison de leur facilité d'extrusion. Le fait qu'ils soient moulables lorsqu'ils sont chauffés permet de les remodeler et de les recycler.

L'ABS présente une résistance élevée à la chaleur et aux chocs, tandis que le PLA est biodégradable. Le nylon allie résistance et flexibilité. Le TPU et d'autres élastomères apportent de l'élasticité. Le développement continu de nouvelles formulations plastiques élargit sans cesse les possibilités d'application.

Matériaux métalliques

Divers procédés tels que le frittage sélectif par laser, la fusion sélective par laser et le frittage direct par laser métallique fusionnent de manière sélective des particules de poudre métallique et les déposent couche par couche. Auparavant, il était difficile d'obtenir de telles géométries, mais grâce aux métaux à haute résistance, il est possible de les "imprimer".

Les matériaux métalliques les plus populaires sont l'acier inoxydable et les alliages de titane, appréciés pour leurs caractéristiques telles que la biocompatibilité, la résistance à la corrosion et les points de fusion élevés qui conviennent aux applications exigeantes. Toutefois, les matériaux d'impression 3D en métal restent relativement coûteux et spécialisés.

Matériaux en résine

Les résines produisent des détails microscopiques en durcissant sous une lumière contrôlée. Elles permettent des applications exigeant une clarté optique, une flexibilité et des surfaces lisses grâce à des procédés tels que la stéréo-lithographie (SLA).

Les matériaux imitent les plastiques, les silicones et les caoutchoucs, ce qui permet un ajustement précis. Les variantes répondent aux besoins de robustesse, de transparence, de biocompatibilité et de haute résistance à la chaleur.

Matériaux composites

Les filaments composites prometteurs contiennent des fibres hachées qui renforcent la résistance des matrices de base. Ces fibres apportent des propriétés souhaitables au-delà des limites d'un matériau individuel, notamment la conductivité thermique, la résistance à la traction et la rigidité. Cependant, les composites entraînent également une augmentation des coûts.

Autres matériaux

Outre les plastiques, les métaux et les composites, les matériaux émergents comprennent le bois naturel, le grès, l'argile et les filaments de cire, qui ajoutent une diversité esthétique et fonctionnelle.

Types d'imprimantes 3D

Les matériaux d'impression 3D utilisent diverses technologies qui déterminent la compatibilité avec différents matériaux. Les principaux procédés comprennent la modélisation par dépôt en fusion (FDM), le frittage sélectif par laser (SLS), la stéréo-lithographie (SLA) et d'autres encore.

Modélisation par dépôt en fusion (FFF/FDM)

Les imprimantes FFF/FDM, l'une des méthodes les plus répandues et les plus abordables, déposent des filaments thermoplastiques par l'intermédiaire d'une buse chauffée. Les matériaux disponibles en bobines simplifient le chargement et une vaste gamme de matériaux les rend accessibles.

Cependant, la résolution et la précision plus faibles limitent les conceptions complexes ou les caractéristiques compliquées. La FFF industrielle permet de résoudre les problèmes liés aux supports solubles et aux composites, mais elle est beaucoup plus coûteuse.

La technologie FFF convient aux types de produits courants, aux modèles et aux pièces de base ; les imprimantes de plus grande taille produisent des composants fonctionnels. Les filaments ABS, PLA, nylon et flexibles conviennent à l'extrusion.

Lithographie stéréo (SLA)

Une technique prédominante utilisant des résines réactives à la lumière, ALS Le laser polymérise les couches en pièces isotropes. Il permet d'obtenir une résolution et une qualité de surface très élevées, ce qui est souhaitable pour les guides chirurgicaux, les modèles dentaires, les prototypes complexes et la bijouterie.

La SLA offre la plus large gamme de matériaux, des résines standard aux résines coulables, flexibles, haute température et dentaires. Les résines permettent de réaliser des géométries complexes et des surplombs avec peu de supports.

Frittage sélectif par laser (SLS)

En fusionnant des poudres de nylon ou de composites à l'aide de lasers puissants, SLS produit des composants structurellement sains qui ressemblent à des modèles moulés par injection. Les géométries complexes sont imprimées sans support, ce qui réduit les déchets.

Les thermoplastiques tels que le nylon et le polyamide possèdent une résistance qui répond aux besoins de la production. La technologie SLS pour les métaux, le verre et les alliages élargit les applications de prototypage fonctionnel et de fabrication.

Autres techniques

La fusion sur lit de poudre, la projection de liant, la projection de matériau et le dépôt d'énergie dirigée utilisent d'autres approches basées sur les poudres. PolyJet polymérise au jet plusieurs résines. Matériaux stratifiés LOT et LOM. Les technologies émergentes élargissent la liberté de conception.

Conception pour l'impression 3D

Le processus de conception est une condition préalable essentielle à l'impression 3D de matériaux. Plusieurs facteurs liés au logiciel et à la conception des pièces ont un impact sur le processus d'impression et les résultats finaux.

Logiciel de modélisation 3D

Les débutants peuvent utiliser l'interface simple de Tinker Cad tandis que les concepteurs avancés utilisent les outils puissants de Fusion 360, SolidWorks ou Blender. Les fichiers STL préservent les surfaces pour l'interprétation par l'imprimante 3D.

Les facteurs d'une impression 3D réussie

L'orientation de la conception, la mise à l'échelle et la préparation du modèle optimisent les matériaux d'impression 3D. L'épaisseur des parois, la direction d'extrusion du matériau et les supports nécessaires déterminent le succès. Les conceptions d'essai simulent les contraintes afin de détecter les risques de défaillance avant l'impression. Guide de l'impression 3D.

Échelle optimale

Les tailles réelles surchargent les imprimantes. Augmentez ou diminuez l'échelle proportionnellement en préservant les dimensions. Les grandes pièces peuvent nécessiter une segmentation en pièces imprimables. Les modèles surdimensionnés peuvent provoquer un blocage de l'extrudeuse ou un écaillage en cours d'impression.

Orientation de la pièce

Les constructions debout posent moins de problèmes que les impressions horizontales à plat. Les pièces horizontales nécessitent plus de supports pour soulever les zones en surplomb. La rotation à de petits angles peut faciliter le franchissement des zones problématiques.

Structures de soutien

Les surplombs et les sections de murs minces s'affaiblissent sans les supports temporaires qui relient chaque couche. Les supports se fixent à la plate-forme de construction ou à l'impression. Les matériaux solubles dans l'eau se détachent sans effort en SLS, tandis que les filaments cassants adhèrent fermement.

Complexité du modèle

Les cavités internes complexes ou les parois excessivement fines posent des problèmes aux matériaux d'impression 3D. Simplifiez les modèles dans la mesure du possible en supprimant les détails inutiles. Incorporez des parois temporaires stratégiquement placées pour améliorer la résistance si nécessaire.

Meilleure conversion des types de fichiers

Le type de fichier STL partage la géométrie sous forme de triangles tandis que le logiciel de découpage interprète. Les réparations permettent de s'assurer de la validité du format STL. D'autres formats peuvent présenter des avantages pour des applications spécifiques.

Conseils pour les débutants

Impressions d'étalonnage et de test

Les utilisateurs novices doivent calibrer pour obtenir des performances optimales. La mise à niveau du lit, l'étalonnage de la température et la rétraction permettent d'obtenir des couches nettes. Des échantillons d'impression permettent de valider la cohérence de la configuration et d'obtenir un retour d'information sur les problèmes rencontrés avant les impressions complexes.

Sélection et stockage des filaments

Prenez en compte les propriétés telles que le matériau, la résistance, l'apparence, le coût et la compatibilité avec les matériaux d'impression 3D. Évaluez le PLA, l'ABS, le nylon, etc. Stockez les filaments pour éviter qu'ils ne se déforment ou ne se cassent, dans des endroits secs et frais, à l'abri de la lumière et de l'air. Les capteurs d'humidité protègent les filaments hygroscopiques.

Problèmes courants et solutions

Testez l'enroulement, la délamination, le rétrécissement ou la précision. Évaluez les températures, la rétraction, le refroidissement de la pièce et l'adhérence du lit comme les bords et les rives. L'hygroscopie vérifie la sécheresse du matériau. Assurez-vous de l'adhésion et de l'enlèvement corrects du support. Les mises à jour du micrologiciel optimisent les fonctionnalités. Les itérations d'étalonnage améliorent continuellement les résultats.

Communauté de l'impression 3D

Les discussions entre pairs aident les débutants à surmonter les obstacles grâce aux forums de discussion et aux médias sociaux. Les créateurs enrichissent le domaine par l'innovation constante, le dépannage et les tutoriels. Des ressources de formation gratuites et payantes permettent d'élargir les compétences. Des experts généreux partagent librement leur expertise, créant ainsi une base de collaboration pour faire progresser les conceptions.

Applications de l'impression 3D

Prototypage rapide

L'impression 3D de matériaux accélère les cycles de développement des produits grâce à une itération rapide. Les concepteurs créent des prototypes entièrement fonctionnels en quelques heures au lieu d'externaliser l'usinage pendant des semaines. Les ingénieurs vérifient la forme, l'ajustement et la fonction en testant les pièces imprimées dans le monde réel.

L'éducation

Les imprimantes 3D favorisent l'apprentissage pratique STEAM. Les matériaux d'impression 3D des élèves sont des modèles interactifs qui leur permettent de visualiser des idées abstraites. Ils créent des modèles personnalisés pour améliorer la compréhension. Les impressions 3D anatomiques améliorent l'apprentissage de la biologie et de la médecine.

Soins de santé

Des prothèses aux guides chirurgicaux, l'impression 3D de matériaux rationalise les soins de santé. Les prothèses sur mesure améliorent la mobilité des patients grâce à des matériaux biocompatibles. Des implants sur mesure raccourcissent la convalescence grâce à des procédures peu invasives. Les modèles anatomiques accélèrent les chirurgies complexes.

Fabrication industrielle

Le prototypage est plus rapide, ce qui permet une évaluation rapide. Les caractéristiques internes complexes permettent de nouvelles conceptions. Personnalisation de masse s'adresse à divers marchés. Les pièces sont plus résistantes grâce à l'optimisation de la topologie. La fabrication distribuée rend possible la production à distance grâce à des matériaux d'impression 3D à la demande.

Biens de consommation

Les développeurs de produits créent des appareils personnalisés et intelligents grâce à l'impression 3D de matériaux. Le prototypage rapide permet de tester de nouvelles conceptions. La fabrication distribuée approvisionne des marchés de niche jusqu'alors inaccessibles par la production de masse conventionnelle.

Conclusion

Cette technologie de conception et de fabrication de produits a donné naissance à la fabrication numérique par impression 3D. La technologie n'est pas encore tout à fait au point et les fonctionnalités du système augmentent à un rythme élevé. De nouvelles éditions avancées d'imprimantes 3D arrivent sur le marché et offrent des caractéristiques de qualité industrielle pour les professionnels comme pour les amateurs.

Avec les progrès de la technologie, de nouveaux types de matériaux apparaissent et offrent de nombreuses possibilités. Les polymères à haute performance, les composites avec des matériaux souples et les résines spécifiques sont les principales catégories de matériaux d'impression 3D avancés qui atteignent de nouveaux sommets. Dans la même mesure, même les produits les plus sensibles, comme les aliments, ne sont pas oubliés dans les expériences.

Les idées de la fabrication distribuée indiquent un état où les canaux d'approvisionnement sont distribués à l'échelle mondiale. À l'heure actuelle, les logiciels peuvent être téléchargés presque partout et les produits physiques pourraient un jour être aussi faciles à obtenir. La personnalisation de masse pourrait signifier que le produit fabriqué sur commande, qu'il s'agisse d'une voiture, d'une robe ou d'un costume, est absolument conforme aux exigences exactes du client.

Au total, l'impression 3D est l'une des technologies révolutionnaires et innovantes qui offrent des possibilités à tout un chacun. Elle traduit les octets en solides, donnant ainsi le pouvoir de production aux gens. Cette technologie progressive devrait donc devenir encore plus puissante grâce aux outils et matériaux améliorés qui sont disponibles dans le monde moderne. Les possibilités offertes par l'impression 3D sont tout simplement inconcevables.

FAQ

Quel est le filament d'impression 3D le plus résistant ?

La résistance dépend de plusieurs facteurs, mais les filaments techniques spécialisés tels que l'ABS, le nylon et le PEEK sont parmi les plus résistants.

Est-il possible d'imprimer des métaux en 3D ?

Oui, en utilisant les méthodes améliorées de lit de poudre qui comprennent le DMLS et la méthode SLM par laquelle un laser fusionne de petites poudres métalliques pour former les pièces complexes requises. En ce qui concerne les métaux courants, il s'agit de l'acier inoxydable et du titane.

Quel est le filament idéal pour l'impression 3D ?

Parmi les facteurs à prendre en compte lors du choix du matériau, citons ceux mentionnés ci-dessus, tels que la flexibilité, la solidité, la résistance à la chaleur, entre autres, mais aussi les besoins que vous aurez dans le cadre du projet, la compatibilité du matériau avec l'imprimante que vous avez l'intention d'utiliser pour le projet. Évaluez les choix populaires tels que le PLA, l'Acrylonitrile Butadiène Styrène plus communément appelé ABS, le Polyéthylène Téréphtalate ou plus communément appelé par son acronyme PETG parmi d'autres.

La résine ou le filament sont-ils meilleurs ?

Chacun a ses avantages : la résine permet d'obtenir des détails et une qualité de surface incroyables, tandis que le filament offre davantage d'options matérielles à des prix inférieurs. Tenez compte de vos besoins, de votre budget et de votre imprimante lorsque vous faites votre choix.

Qu'est-ce qui est le mieux pour les miniatures : la résine ou le filament ?

Les figurines en résine présentent des détails d'une finesse inégalée, mais nécessitent un nettoyage. Certains filaments permettent également d'obtenir de grands détails à moindre coût et sans post-traitement.

Comment stocker correctement le filament ?

Pour un stockage à long terme, protégez le filament de l'humidité, de la lumière et des variations de chaleur en utilisant un conteneur hermétique avec des sachets déshydratants à l'intérieur. Un stockage adéquat permet d'éviter les déformations et les dégradations.