Filaments d'imprimante 3D expliqués

Comment choisir le bon filament

Après avoir choisi une imprimante 3D, la première décision que vous devrez prendre est le type de filament que vous souhaitez utiliser. Il en existe plusieurs dizaines de variétés, même en mettant de côté les nombreuses couleurs dans lesquelles elles se présentent. Une chaîne de noms à consonance chimique les parcourt : acide polylactique, alcool polyvinylique, fibre de carbone et les élastomères thermoplastiques à torsion de la langue, par exemple. Ils utilisent une variété vertigineuse d'acronymes, parmi lesquels ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETT, TPE, PVA et PCTPE. Mais ne soyez pas consterné par cette soupe à l'alphabet. Seuls quelques types sont couramment utilisés, et les fabricants ont tendance à éviter les surnoms trop geek en faveur de noms plus descriptifs faisant allusion à une qualité essentielle du filament comme la flexibilité (NinjaTek's Ninjaflex et Polymaker's Polyflex, par exemple) et la force (Makerbot, XYZprinting , et Ultimaker tous les filaments du marché appelés Tough PLA).

Principes de base des filaments

Les filaments utilisés dans l'impression 3D sont des thermoplastiques, qui sont des plastiques (c'est-à-dire des polymères) qui fondent plutôt que de brûler lorsqu'ils sont chauffés, peuvent être façonnés et moulés et se solidifient lorsqu'ils sont refroidis. Le filament est introduit dans une chambre de chauffage dans l'assemblage de l'extrudeuse de l'imprimante, où il est chauffé à son point de fusion, puis extrudé (giclé) à travers une buse métallique au fur et à mesure que l'assemblage de l'extrudeuse se déplace, traçant un chemin programmé dans un fichier d'objet 3D pour créer, couche par couche, l'objet imprimé. Bien que la plupart des imprimantes 3D aient une seule extrudeuse, certains modèles à double extrudeuse peuvent imprimer un objet dans différentes couleurs ou avec différents types de filaments.

Le processus d'impression avec un filament plastique est appelé fabrication de filaments fondus (FFF) ou modélisation par dépôt de filaments fondus (FDM). C'est la même chose; l'acronyme FDM est une marque déposée par le pionnier de l'impression 3D Stratasys Corp., de sorte que d'autres fabricants ont créé leurs propres noms pour décrire la technologie de leurs imprimantes ; FFF est celui qui s'est imposé. Même aujourd'hui, sauf dans les brochures de certains fabricants, vous verrez les noms utilisés de manière interchangeable.

Le filament est vendu en bobines dont le poids varie de 0,5 kilogramme à 2 kilogrammes. Le filament est disponible en deux épaisseurs, 1,75 millimètres et 3 millimètres. (Ce dernier est en réalité un peu plus fin, environ 2,85 millimètres.) La grande majorité des filaments est du type 1,75 millimètres ; Ultimaker et LulzBot sont parmi les rares fabricants dont les imprimantes utilisent la taille la plus épaisse. Le poids est presque toujours indiqué en unités métriques.

Voyons maintenant quelques-uns des types de filaments les plus populaires et les plus importants.

Le Duo Dynamique : ABS et PLA

De loin, les types de filaments les plus courants sont l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et l'acide polylactique (PLA). La plupart des imprimantes 3D basiques sont conçues pour utiliser exclusivement ces filaments. Une partie de leur attrait est qu'ils sont relativement peu coûteux, ne coûtant que 20 $ le kilogramme.

Ne vous laissez pas rebuter par le nom chimique peu maniable de l'ABS ; c'est le même plastique utilisé dans les Legos. Les objets imprimés en ABS sont résistants, durables et non toxiques. Il a un point de fusion relativement élevé, avec une température d'impression allant de 210 degrés à 250 degrés Celsius. Les coins inférieurs des objets imprimés avec de l'ABS ont tendance à se courber un peu vers le haut, surtout si vous utilisez un lit d'impression non chauffé. Pendant l'impression, l'ABS peut émettre une odeur âcre et désagréable, il est donc préférable de l'utiliser avec une imprimante à cadre fermé dans une pièce bien ventilée.

Le PLA a un point de fusion relativement bas, avec des températures utilisables entre 180 degrés et 230 degrés Celsius. Il est d'origine végétale et biodégradable. Il est plus dur que l'ABS, s'imprime sans se déformer et est généralement facile à travailler, bien que dans de rares cas, il puisse provoquer des bourrages d'extrudeuse. Le PLA est souvent utilisé comme matériau de base pour des matériaux composites plus exotiques, dont nous parlerons un peu plus loin.

Nylon

Le nylon est un matériau synthétique incroyablement polyvalent, développé dans les années 1930, qui a trouvé une utilisation dans tout, des brosses à dents aux parachutes en passant par les pneus, les bas et maintenant le filament d'imprimante 3D. En son cœur, il s'agit d'un polymère ou d'un plastique (ou, plus précisément, d'une famille de plastiques). Il est solide et durable, mais flexible, et parmi les filaments d'impression 3D les moins chers. Il fond à une température plus élevée (environ 240 degrés Celsius) que la plupart des filaments. Toutes les imprimantes 3D ne sont pas conçues pour gérer cette chaleur - certaines substances couramment utilisées dans l'extrudeuse émettent des fumées à cette température. Comme avec l'ABS, les objets imprimés avec du nylon ont tendance à se déformer, ce qui peut être atténué en utilisant un lit d'impression chauffé.

Fil souple

Les TPE (ou élastomères thermoplastiques) sont des thermoplastiques à haute élasticité (bien qu'encore bien en deçà, disons, des élastiques); les objets imprimés avec eux sont relativement flexibles. Un type de TPE courant est le polyuréthane thermoplastique (TPU), dont NinjaFlex est un exemple populaire.

Filaments solubles : HIPS et PVA

L'un des acronymes les plus accrocheurs, HIPS, signifie polystyrène à fort impact. HIPS est à prix modéré, léger et peut être poncé, collé et coloré avec des peintures acryliques. Il est similaire à l'ABS, sauf que le HIPS est soluble dans le limonène, un solvant à base d'agrumes, ce qui en fait un bon choix - lors de l'impression avec un deuxième matériau (tel que l'ABS ou le PLA) avec une imprimante à double extrudeuse - comme matériau de support qui pourrait se dissoudre après l'impression. Il s'imprime également bien tout seul et est le filament recommandé par LulzBot pour son imprimante 3D LulzBot Mini (chez Amazon Canada), qui a valu le choix de notre rédaction. Le filament soluble MakerBot est également composé de HIPS.

Un autre filament soluble est le PVA (alcool polyvinylique), qui se dissout facilement dans l'eau. Le PVA est inodore, non toxique et biodégradable. Il a un point de fusion bas et peut bloquer une buse d'extrudeuse en cas de surchauffe. Il est souvent utilisé comme matériau de support dans les imprimantes à double extrudeuse ; J'ai testé l'Ultimaker 3 (chez Amazon Canada) en imprimant un objet de test - une boîte dans une boîte - en utilisant du PLA pour les boîtes elles-mêmes et du PVA comme support. Une fois l'objet imprimé, je l'ai plongé dans de l'eau tiède et le PLA s'est progressivement dissous, laissant la paire de boîtes imbriquées.

Filaments composites

Les filaments composites ont une base de PLA ou d'un autre thermoplastique dans lequel des particules, des poudres ou des flocons d'autres matériaux ont été mélangés. Certains sont des mélanges de bois, d'autres comprennent du grès ou du calcaire, et d'autres encore contiennent divers types de métaux, notamment le fer, l'aluminium, le laiton, le bronze et le cuivre. Ces filaments prennent certaines des propriétés des matériaux avec lesquels ils ont été mélangés. Un autre composite populaire est la fibre de carbone ; les objets imprimés à partir de celui-ci prennent une partie de la force de la fibre. Un inconvénient de ces filaments composites est qu'ils coûtent beaucoup plus cher que les non-composites.

Au-delà du filament plastique : impression à base de résine

Avec la prolifération actuelle des imprimantes FFF, il est facile d'oublier le fait qu'il existe sur le marché des modèles basés sur d'autres technologies qui n'utilisent pas de filament. La principale d'entre elles est la stéréolithographie (alias SLA), la première technologie d'impression 3D à avoir été développée, et qui est capable d'impressions très détaillées et à haute résolution. Les étiquettes de prix des imprimantes SLA à usage commercial peuvent atteindre cinq (et même six) chiffres, mais nous avons vu des modèles moins chers, adaptés aux amateurs et aux artisans.

Dans l'impression SLA, un laser ultraviolet trace la forme de l'objet à imprimer, couche par couche, sur une résine sensible aux UV (alias photopolymère ou résine photopolymère) logée dans un plateau ou une cuve, et la résine exposée au laser durcit pour former l'objet imprimé. Les résines sont disponibles en bouteilles de 500 millilitres et 1 litre, les prix des fabricants d'imprimantes commençant à environ 100 dollars le litre. Certains fabricants ont formulé des résines pour la résistance, la flexibilité, la rigidité et d'autres qualités, et ces résines ont tendance à se vendre à un prix élevé. Les résines ont souffert d'une palette de couleurs limitée et ont eu tendance à se limiter au noir, au gris, au blanc et au transparent, bien que certaines résines aux couleurs plus vives et métalliques soient devenues disponibles récemment.

Le DLP est une forme de stéréolithographie qui utilise un projecteur à la place du laser comme source de lumière, en utilisant la lumière visible au lieu de l'ultraviolet. Le projecteur, qui utilise la technologie DLP (Digital Light Processing) de Texas Instruments, projette une série d'images dans une cuve de résine photopolymère similaire aux résines utilisées dans l'impression SLA pour construire l'objet, couche par couche.

Maintenant que vous savez tout ce dont vous avez besoin sur les filaments les plus populaires, vous voudrez lire notre guide d'achat d'imprimantes 3D, qui comprend des critiques des meilleurs modèles que nous avons récemment testés. Vous pouvez également découvrir ce qu'un des premiers utilisateurs a dit sur son apprentissage de l'impression en 3D.