Matériaux disponibles

De Impression 3D
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Plastiques

ABS (acrylonitrile butadiène styrène)

L’ABS est un matériau disponible principalement pour les imprimantes qui utilisent la technique de dépôt de matière fondue. C’est un thermoplastique avec une bonne résistance qui peut supporter des températures très variées (de -20 ºC à 80 ºC). Il offre une finition lisse et brillante, et il est disponible dans une grande variété de couleurs.

Les applications les plus courantes sont : les blocs LEGO, les instruments de musique, les petits électroménagers, etc.

Une étude récente met la lumière sur le fait que l’impression 3D de plastique ABS dans un environnement mal ventilé, comme au bureau ou à la maison, peut produire des émissions de particules fines. Ces dernières peuvent être liées à des effets négatifs sur la santé. D’autres études sont nécessaires afin d’établir un lien de causalité entre l’impression 3D et les dommages pour la santé. [1]

PLA (acide polylactique)

Le PLA est un plastique fabriqué à base d'amidon de maïs. Comme l'ABS, il est grandement disponible sous forme de filament pour les imprimantes exploitant le procédé du dépôt de matière fondue. Ce plastique fond à une température comprise entre 160°C et 220°C, et il refroidit plus rapidement que l'ABS, ce qui le rend plus difficile à manipuler. De plus, une exposition prolongée à l'eau risque d'abimer un objet en PLA. Ce matériau peut être utilisé pour la création d'objets en contact avec des aliments, à condition qu'il soit pur, que l'ensemble des mécanismes de l'imprimante soient propres et que la tête d'impression soit en acier inoxydable. [2]. Le PLA est biodégradable et compostable.

PET (polytéréphtalate d'éthylène)

Le polytéréphtalate d'éthylène, produit issu du pétrole, est un matériau davantage plus solide que l'ABS. Ce type de matériau est employé dans le but d'obtenir des pièces qui sollicite tant une plus grand robustesse, tant une plus grande flexibilité. Ce plastique est majoritairement utilisé dans la fabrication de bouteilles de plastiques. Afin d'utiliser ce matériau pour une impression, il est nécessaire que sa température soit de l'ordre de 220°C. [3].

Polyamides (PA)

Les polyamides sont employés dans la technique du frittage laser et on le retrouve majoritairement sous forme de poudre. Ce type de matériau est résistant et élastique. De plus, il fond à des températures pouvant atteindre 260°C. Il est à noter qu'une multitude de polyamides est compatible avec des produits de types alimentaires. [4].

Résines

Les résines, utilisées dans les procédés SLA et PolyJet, proposent diverses caractéristiques physiques particulières à chaque type de résine. Ce matériau permet une impression davantage détaillée et solide pour différents types de forme.

Matériaux de support (PVA et HIPS)

Les supports d'impression peuvent être imprimés à l'aide de plastiques solubles qui seront dissous à la suite de l'impression. Nous retrouvons principalement le HIPS (Hi-Impact Polystyrene) que l'on peut dissoudre avec du d-limonène et le PVA (alcool polyvinyle) qui se dissout dans l'eau[5].

Métaux

Différents métaux peuvent être employés en impression 3D dont l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium, le cobalt, le fer et même, des métaux précieux comme le bronze, l'argent et l'or.

La technologie d'impression 3D en métal donne la possibilité de faire une pièce mécanique complexe. L'imprimante forme la pièce couche par couche. Elle utilise une fine poudre de particule de métal qu’elle fusionne avec un faisceau laser. De cette manière, on obtient une pièce totalement dense. Le résultat de la fusion de métal donne des caractéristiques supérieures à la Fonderie. Pour le design, cette machine offre la suppression des contraintes de fabrication, ce qui donne une liberté aux designers. Ils peuvent désormais intégrer des fonctions et faire des formes complexes en obtenant un prototype en quelques jours.


Cires

Les cires sont utilisées en impression 3D principalement pour la création de modèle servant à la fabrication de pièces à la cire perdue, comme des bijoux en différents métaux ou encore des appareils dentaires. Cette technique permet de créer des pièces très précises.

Par exemple, l’impression 3D de métaux précieux comme l’or ou l’argent ne se fait pas directement par une imprimante 3D. Un moule en cire est préalablement imprimé en 3D puis l’or est coulé dans le moule par coulage à cire perdue. L’or et l’argent sont ensuite finis et généralement polis à la main. Ce procédé est très répandu en bijouterie et dans le domaine du luxe en général.

Cette méthode nécessite l’impression d’une pièce pour chaque moule à créer. Celle-ci sera fondue après avoir pris son empreinte dans un moule réfractaire dans lequel on coule la matière de la pièce finale (un métal comme l'argent, l'or ou le bronze)[6].

Céramiques

Le procédé d'impression 3D de céramique est plutôt complexe. C'est pourquoi très peu de machines sont capables d'imprimer avec ce type de matière. Le matériau doit d'abord être imprimé par frittage laser ou 3DP. L'objet subit ensuite un traitement et un émaillage à chaud à plus de 1000 °C. Lors de cette deuxième étape, différentes couleurs peuvent être appliquées.

Béton

Le béton, utilise un procédé très semblable à celui de la céramique. Jusqu'à maintenant, on associe souvent l'impression 3D du béton à des pièces froides et grises, mais la technologie se développe d'années en années permettant ainsi d'appliquer des couleurs et d'avoir un rendu de grande résolution. L'impression 3D du béton pourrait influencer grandement la fabrication de bâtiments et les pratiques architecturales. En architecture, l'impression 3D du béton rend possible la création de designs distinctifs pouvant être réalisés à moindre coûts.

Verre

Le verre dans l’impression 3D est principalement utilisé dans des créations artistiques. Le procédé n’est pas encore suffisamment affiné pour réaliser des pièces précises. Ce procédé fonctionne par addition de fine couche de verre en fusion. Les imprimantes 3D pour le verre sont formées d’un creuset dans lequel le verre est chauffé au-dessus de 1000˚C. Par la suite, le verre est extrudé à travers une buse et déposé couche par couche dans une chambre qui est maintenue à environ 500˚C.

Sable

Le sable est principalement utilisé en ce qui a trait à la fabrication de moules de fonderie. Par contre, lorsque combiné avec d'autres matériaux, il peut également être très utile dans le domaine de l’architecture. En 1999, l'entreprise ExOne a imprimé avec du sable pour la première fois. L'entreprise propose d'ailleurs aujourd'hui la plus grande imprimante de sable sur le marché; la S-Max. Elle est capable d'imprimer des pièces allant jusqu'à 1800 x 1000 x 700 mm.

Matériaux composites

Dans le but de varier et d'améliorer l'aspect d'un objet, il est aussi possible de combiner plusieurs matériaux lors de l'impression 3D. Lorsqu'un prototype est fabriqué avec divers composantes, selon l'avis des testeurs, il est très facile de le modifier et de le fabriquer à nouveaux en quelques heures.

Matériaux biologiques

Parmi la grande diversité de matériaux offerts pour la fabrication additive, un qui reçoit beaucoup d'intérêt ces temps-ci est le matériau biologique, plus précisément les cellules-vivantes. La technique bio-impression pourra sans doute éventuellement permettre de fabriquer des morceaux de viandes sans même nécessité un élevage de bétails. On pourra aussi certainement créer du cuir pour des vêtements et même produire des structures biologiques et des organes complets à partir de cellules d'une personne en attente d'un don d'organe supprimant ainsi les listes d'attentes interminables de dons d'organes.

Matériaux alimentaires

Aussi surprenant que cela puisse paraître, certains aliments dont la capacité moléculaire le permet [7]peuvent être utilisés en impression 3D. Parmi ceux-ci le chocolat, le fromage, le sucre, la farine, la viande, etc.) [8]. Par exemple, la Choc Creator peut imprimer des pièces à la fois complexes et précis en chocolat afin de confectionner des décorations comestible. [9]

De plus, les exploits de l'impression 3D ne cessent pas de séduire l'industrie, et le domaine culinaire ne fait pas exception. La biscuiterie Poult, à Toulouse en France, a mis sur le pied le programme Melt-In-Lab qui intègre une toute nouvelle technologie de prototypage afin de rendre l'innovation davantage concrète. [10].

Finalement, quoique l'utilisation des matériaux alimentaires soit récente, celle-ci tend à s'assurer une place de choix dans la grande famille des matériaux employés pour l'impression 3D.

Bibliographie

  1. Brent Stephens, Parham Azimi, Zeineb El Orch, Tiffanie Ramos, Ultrafine particle emissions from desktop 3D printers, Atmospheric Environment, Volume 79, November 2013, Pages 334-339, ISSN 1352-2310, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2013.06.050.
  2. Berchon, Mathilde, and Bertier Luyt. (2013) L’impression 3D. Paris: Eyrolles.
  3. Jacquet, Rémi (2014) Quels sont les matériaux utilisés dans l'impression 3D ? .En ligne. Consulté le 24 février.
  4. Jacquet, Rémi (2014) Quels sont les matériaux utilisés dans l'impression 3D ? . En ligne. Consulté le 24 février.
  5. 3DNatives. (2016). A la découverte des matériaux d'impression 3D - Première partie : Les plastiques - 3Dnatives. Récupéré de http://www.3dnatives.com/materiaux-impression-3d-abs-pla-polyamides-alumide/.
  6. Berchon, Mathilde, and Bertier Luyt. (2013) L’impression 3D. Paris: Eyrolles.
  7. http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/quels-sont-materiaux-utilises-en-impression-3d-a1884.html
  8. http://www.monunivers3d.com/alimentaire/
  9. https://www.youtube.com/watch?v=8FUq_2IU2Uo
  10. http://www.bretagne-innovation.tm.fr/Temoignages/Video-Agroalimentaire-Melt-in-lab-accelerateur-d-innovation