Chapitre 4 : Les thermoplastiques

Les thermoplastiques sont des matériaux incontournables en impression 3D FDM (PLA, ABS, PC, Nylon, TPE, PP…). Leurs caractéristiques uniques en font un choix privilégié pour la fabrication additive. Avec une vaste gamme de matériaux disponibles, les professionnels de l’impression 3D peuvent exploiter les thermoplastiques pour créer des pièces précises, solides et adaptées à des applications spécifiques. Ces matériaux offrent de nouvelles possibilités passionnantes dans le domaine de la fabrication additive et continuent d’évoluer pour répondre aux besoins croissants de l’industrie.

Cet article fait partie d’une série dédiée aux propriétés des matériaux en impression 3D :

Chapitre 1 : Découvrir les matériaux de l’impression 3D

Chapitre 2 : Optimisez l’orientation de vos impressions 3D FDM

Chapitre 3 : Optimisez l’orientation de vos impressions 3D SLA

Chapitre 5 : Les composites

Le PLA

Le PLA (acide polylactique) est le matériau le plus couramment utilisé en impression 3D. Fabriqué à partir d’amidon de maïs, ce biomatériau présente de nombreuses caractéristiques intéressantes et est facile à utiliser. Il s’imprime à des températures relativement basses, adhère bien au plateau (pas de déformation), offre de bonnes performances en termes de pontage et assure une excellente adhérence entre les couches. Il est totalement recyclable.
 
Disponibles dans une large gamme de couleurs, les filaments PLA conviennent aussi bien aux applications esthétiques qu’aux pièces complexes. Ce matériau constitue également une excellente base pour la fabrication de matériaux composites. De nombreux filaments de type métallique, bois ou pierre utilisent une base de PLA à laquelle sont ajoutées des particules additives.
 

Les fabricants continuent de développer de nouvelles compositions de PLA, offrant ainsi de nouvelles possibilités, notamment des formulations sans perturbateur endocrinien, une résistance mécanique accrue et une résistance aux températures élevées.

 

APPLICATIONS :

  • Pièces non soumises à des contraintes mécaniques
  • Décoration et ustensiles
  • Pièces finies
  • Marketing et communication
  • Modélisme
  • Maquettes d’architecture
 
AVANTAGES :
 
  • Facilité d’impression
  • Ne nécessite pas de plateau chauffant (nous conseillons toutefois de chauffer un minimum le plateau)
  • Résistant aux variations thermiques jusqu’à 45°
  • Faible risque de déformation et bonne stabilité dimensionnelle
  • Qualité d’impression régulière
  • Matériau rigide
  • Large choix de couleurs
  • Post-traitement facile : vernissage et peinture possibles
  • Porte d’entrée pour les composites et les PLA renforcés
  • Compatibilité avec le PVA (matériau de support soluble dans l’eau)
 

LIMITATIONS :

  • Faible résistance à la chaleur (ramollissement à environ 50°C)
  • Fragilité, plus enclin à se casser qu’à se plier
  • Filament sensible à l’humidité (doit être conservé dans un endroit sec)
 

CONSEILS :

 

  • Utilisation de ruban adhésif ou de spray adhésif ou chauffage du plateau pour améliorer l’adhérence du PLA ou pour maintenir des pièces de grande surface.
  • Éviter la surchauffe, une température généralement comprise entre 190 et 220°C est suffisante.
  • Le PLA est idéal pour tester les limites de votre imprimante.

L’ABS

Le filament 3D ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) est un matériau thermoplastique robuste et résistant aux chocs, largement utilisé dans des applications de la vie quotidienne, notamment dans l’électroménager, l’automobile et l’industrie. L’un des exemples les plus emblématiques d’utilisation de l’ABS est l’incontournable Lego.

L’ASA (Acrylonitrile Styrène Acrylate) possède des propriétés comparables mais présente l’avantage d’être résistant aux rayons ultra-violets (UV). Il convient donc particulièrement à une utilisation extérieure.

APPLICATIONS :

  • Prototypes fonctionnels
  • Moulage industriel
  • Pièces d’utilisation quotidienne
 
AVANTAGES :
 
  • Résistant aux chocs
  • Durable
  • Résistance à la chaleur jusqu’à 98°C
  • Tendance à se plier plutôt qu’à se casser – résistance mécanique
  • Facile à post-traiter : vernis, peintures
  • Facile à nettoyer
 

LIMITATIONS :

  • Plastique non biodégradable dérivé du pétrole
  • Nécessite un plateau chauffant (min 90°C)
  • Sensible aux variations thermiques pendant l’impression (enceinte chauffante requise)
  • Risque de déformation et de décollement des pièces (rétractation ou warping)
  • Émissions de composés organiques volatils toxiques : Styrène
 

CONSEILS :

Utilisez un spray adhésif ou de la colle UHU sur un plateau chauffé (les rubans sont peu efficaces). Vous pouvez utiliser (avec précaution) de la vapeur d’acétone pour lisser vos pièces en ABS et effacer les stries.

Le PC

Le filament de polycarbonate (PC) est connu pour être le matériau thermoplastique le plus solide. On le retrouve couramment dans des applications telles que les phares de voiture, les verres de lunettes et les boîtiers d’appareils électroménagers.

Avec sa résistance mécanique élevée et sa capacité à supporter des températures élevées (jusqu’à 121°C), le polycarbonate est particulièrement adapté aux secteurs de l’industrie, de l’automobile et de l’aérospatiale.

Cependant, son utilisation demande une imprimante 3D performante et un contrôle thermique précis, ce qui en fait un matériau réservé aux experts.

APPLICATIONS :

  • Industrie
  • Automobile
  • Carter de protection
  • Prototypage fonctionnel
  • Pièces d’utilisation quotidienne
 
AVANTAGES :
 
  • Extrêmement solide et résistant tout en restant accessible
  • Utilisé dans les méthodes de fabrication traditionnelles
  • Performances uniques en termes de résistance aux impacts, même à haute température
  • Résistance mécanique élevée permettant des applications fonctionnelles
 

LIMITATIONS :

  • Risque de délamination ou de décollement
  • Format d’impression recommandé de petite taille
  • Nécessite une imprimante performante (300°C+ avec contrôle thermique)
  • Émission importante de COV toxiques
 

CONSEILS :

Il est essentiel d’utiliser une imprimante 3D performante et de qualité, ainsi que de disposer d’une enceinte fermée pour imprimer avec du polycarbonate. La moindre variation de température peut entraîner le décollement de la pièce du plateau ou des problèmes de cohésion entre les couches. Il est recommandé d’imprimer des pièces relativement petites ou avec un temps de couche réduit pour garantir une fusion optimale entre les couches.

 

Le NYLON

Le filament Nylon est une famille de matériaux à part dans la gamme des thermoplastiques, avec des variations telles que le PA6, PA11 et le PA12. Il est largement utilisé pour les petites pièces de frottement en raison de sa résistance et de ses propriétés de contact. Les nylons sont également appréciés pour leur résistance chimique et à la chaleur.

APPLICATIONS :

  • Milieu médical
  • Industrie automobile
  • Prototypes
  • Pièces fonctionnelles
  • Outillage
 
AVANTAGES :
 
  • Durabilité et flexibilité
  • Résistance aux impacts, à l’abrasion et à la friction
  • Bonne résistance à la corrosion, aux alcalins et aux produits chimiques

LIMITATIONS :

  • Sensibilité à l’humidité des bobines
  • Inflammabilité
  • Impression moins détaillée et cristallisation lente
  • Nécessité d’une stabilité thermique
 

CONSEILS :

Il est important de prendre en compte la souplesse relative du nylon lors de son extrusion. Il convient aux pièces de taille moyenne à grande, mais les petits détails peuvent ne pas être bien reproduits. Il est également crucial de protéger le filament nylon de l’humidité une fois la bobine ouverte.

Le PET(G)

Le filament PET (polyéthylène téréphtalate) est un plastique polyester utilisé dans de nombreux produits courants tels que les bouteilles en plastique, les emballages et les cartes de crédit. Son apparence brillante et translucide, et son étanchéité, en font un choix populaire. Avec une résistance située entre le PLA et l’ABS, il permet des impressions 3D durables et solides, idéales pour les applications dans des environnements exigeants.

APPLICATIONS :

  • Conception de bijoux fantaisie
  • Composants électriques
  • Applications translucides et étanches
 
AVANTAGES :
 
  • Facilité d’utilisation
  • Large gamme de couleurs
  • Léger et translucide
  • Solide et étanche à de nombreux gaz, tels que le CO2
  • Bon isolant électrique
  • Bonne base pour les matériaux composites
 

LIMITATIONS :

  • Translucidité limitée malgré l’aspect brut du filament
  • Matériau peu flexible, plutôt rigide
  • Sensible à la délamination et fragile dans le sens des couches
 

CONSEILS :

Pour obtenir une bonne étanchéité, il est recommandé d’augmenter le nombre de coques extérieures (shells). La translucidité n’est obtenue qu’en imprimant une ou deux coques (épaisseur de paroi) et avec une épaisseur de couche supérieure à 200 microns. Il est également conseillé d’imprimer lentement pour obtenir des résultats optimaux.

 

Le TPE

Les filaments flexibles et semi-flexibles en élastomères thermoplastiques (TPE) et en polyuréthane thermoplastique (TPU) sont une catégorie de matériaux utilisés en impression 3D, offrant des propriétés similaires à celles des plastiques techniques flexibles ou des caoutchoucs rigides. Ces filaments sont évalués en fonction de l’échelle de rigidité Shore, qui mesure leur flexibilité. Ils peuvent être utilisés sur la plupart des imprimantes 3D FDM et répondent à de nombreuses applications.

APPLICATIONS :

  • Pièces d’assemblage
  • Courroies
  • Coques
  • Objets usuels
  • Prototypes fonctionnels ou imitations en caoutchouc
 
AVANTAGES :
 
  • Résistance aux impacts
  • Résistance à la déchirure
  • Mémoire de forme

LIMITATIONS :

  • Adaptés aux formes géométriques simples
  • Gestion des porte-à-faux et des supports moins efficace
  • Flexibilité similaire à celle d’un caoutchouc rigide (pas comparable au silicone) 
  • Faible vitesse d’impression recommandée
 

CONSEILS :

Pour obtenir de bons résultats lors de l’impression de filaments flexibles, il est recommandé d’éviter les géométries complexes et détaillées (en particulier avec des supports). L’impression doit être effectuée lentement, et les paramètres de rétraction doivent être ajustés. Il peut également être nécessaire d’augmenter le flux selon l’efficacité du système d’extrusion utilisé.

LE PP

Le filament Polypropylène (PP) est un matériau extrêmement polyvalent largement utilisé dans l’industrie de l’emballage alimentaire, l’automobile et la vaisselle pour four micro-ondes. Grâce à sa résistance aux acides, aux alcalins et à l’absence d’absorption d’eau, le PP est devenu un choix populaire pour l’impression 3D. Ce matériau semi-rigide se situe entre le nylon et les filaments flexibles, offrant ainsi une combinaison unique de propriétés.

APPLICATIONS :

  • Emballages alimentaires
  • Outillage
  • Applications nécessitant un contact avec des substances chimiques ou humides
 
AVANTAGES :
 
  • Durabilité et résistance à la déchirure
  • Résistance élevée aux frottements et aux produits chimiques
  • Aspect brillant
  • Excellente isolation électrique
  • Adapté pour des coques fines
 

LIMITATIONS :

  • Nécessite un revêtement PP pour une bonne adhérence au plateau d’impression
  • La cristallisation du matériau peut rendre difficile l’impression de petits détails
  • L’impression peut être plus lente que pour d’autres matériaux
 

CONSEILS :

Le filament 3D en PP offre à la fois de la souplesse et une mémoire de forme. Bien qu’il ne soit pas flexible ou étirable, il peut être facilement déformé. Il est également utilisé dans l’aéromodélisme pour la construction de petits modèles, offrant une résistance élevée aux chocs et une facilité de réparation grâce à un collage rapide à la colle cyanoacrylate.

Tableau Récapitulatif

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