Quel matériel utiliser pour imprimer en 3D ?

Cet article vous donnera une vue d’ensemble rapide des consommables courants utilisés pour l’impression 3D et expliquera les différences principales en des termes faciles à comprendre pour les débutants. Comme il a été déjà expliqué dans notre article précédent ‘’Qu’est-ce que l’impression 3D?’’, il y a principalement deux genres d’imprimantes 3D, celles de type industriel et celles destinées aux consommateurs, également connues en tant qu’ imprimantes 3D de bureau.

Cet article va se focaliser seulement sur les consommables les plus communs utilisés dans les imprimantes 3D pour consommateurs, utilisant la technologie FDM (Fused Deposition Modeling – Modélisation par dépôt de fil en fusion). Une imprimante traditionnelle à jet d’encre a besoin des cartouches d’encre pour pouvoir imprimer – la situation est similaire pour les imprimantes en trois dimensions, sauf que ces dernières ont besoin de filament en plastique. Ces consommables sont généralement disponibles en ligne dans des variétés différentes de matériel (ABS, PLA, PVA, etc.),  ainsi qu’en différentes couleurs, diamètres et longueurs.

 

Quel matériel ? – ABS vs PLA vs PVA

Note: les filaments 3D plus exotiques comme le polycarbonate (PC),le polyéthylène haute densité (HDPE) ou le nylon ne seront pas analysés dans cet article.

ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène)

L’ABS est utilisé en une multitude d’applications dans l’industrie de nos jours. Des exemples comprennent, parmi beaucoup d’autres, la fabrication de tuyaux (tels que les tuyaux pour la canalisation,  les déchets et la ventilation),  des composants d’automobile, des assemblages électroniques, des casques protecteurs (l’ABS est un bon amortisseur), les appareils ménagers, les instruments de musique, les étuis de protection ainsi que les jouets dont le plus notable sont probablement les célèbres briques LEGO.

De manière générale, l’ABS est très durable et dur, peu flexible et assez résistant au feu. Les imprimantes qui sont capables d’utiliser les plastiques ABS fonctionnent normalement avec un bout chaud (“hot-end“, c’est-à-dire la partie chaude fondant le thermoplastique, avant de le forcer à travers la buse d’impression) avec une température environnant les 210-250°C. Donc une imprimante 3D capable d’imprimer en ABS doit nécessairement être équipée avec un lit d’impression chauffé (c’est-à-dire la surface sur laquelle les impressions 3D sont bâties) pour empêcher la déformation ou la fissuration des matériels imprimés.

Au point de vue du prix, l’ABS est le plus moins cher parmi les trois fils plastiques analysés et, jusqu’à récemment, était le matériel préféré de la communauté de l’impression 3D. Ce matériel est le plus approprié pour une large variété d’objectifs, considérant surtout qu’il peut être facilement poncé (pour lisser les objets imprimés et pour enlever les bords dentés ou irréguliers) et peint. Les pièces imprimées ou cassées peuvent simplement être collées avec de la colle ABS et peuvent même être dissoutes dans de l’acétone (vernis à ongles). L’ABS est généralement disponible dans les couleurs blanc, noir, rouge, bleu, jaune et vert voire même transparent ou d’apparence matte.

Mais l’ABS présente également certains désavantages. Tout d’abord, il s’agit d’un plastique à base de pétrole qui est non-biodégradable, mais qui peut être recyclé. Un autre problème est que l’ABS produit de légères fumées qui peuvent éventuellement irriter certaines personnes plus sensibles – l’installation de l’imprimante en trois dimensions dans un environnement bien aéré ou même sous une hotte de désenfumage spécifique peut s’avérer nécessaire. L’ABS peut aussi détériorer s’il est  exposé pendant un certain laps de temps au soleil.

Filament spools - multiple colors

Rouleaux de filament ABS en de multiples couleurs

 

PLA (Acide Polylactique)

Le PLA est un thermoplastique biodégradable qui est dérivé de ressources renouvelables, comme l’amidon de maïs, la canne à sucre, les racines de tapioca ou même l’amidon de patate.  Ceci fait du PLA la meilleure solution pour l’environnement dans le domaine de l’impression 3D, comparé aux autres plastiques qui sont tous à base de produits pétrochimiques comme l’ABS ou PVA. Le PLA est utilisé par exemple dans les sutures médicales et dans les implants chirurgicaux, car il possède la capacité de se dégrader dans le corps en acide lactique inoffensif. Les vis , les épingles, les tiges et les filets chirurgicaux se dégradent tout simplement dans le corps dans un laps de temps entre 6 mois et 2 ans. Mais le PLA est aussi utilisé dans les emballages de nourriture, les sacs, les vaisselles jetables, les tissus d’ameublement, les vêtements jetables, les produits d’hygiène et même les couches. Le PLA est donc considéré comme raisonnablement sûr et fiable. Pour tous ceux qui veulent imprimer des gobelets en PLA ou d’autres récipients pour la nourriture ou la boisson, un mot d’avertissement : n’oubliez pas que les pigments de coloration présents dans le filament peuvent ne pas être si inoffensives que le PLA lui-même. Malheureusement, la notice d’utilisation ne documente quasiment jamais la composition chimique de ces pigments pour pouvoir informer de leur innocuité ou dangerosité.

Le PLA est solide, mais un peu fragile, une fois refroidi. Son seuil de température est plus bas que celle de l’ABS, car le PLA est normalement extrudé aux environs de 160°C-220°C. Un lit d’impression chauffé n’est pas nécessaire, mais il peut (à une température aux environs 50-60°C) être bénéfique pour la qualité de l’objet imprimé. Le PLA est assez lent à refroidir- les experts conseillent parfois d’installer un ventilateur pointé vers le matériel extrudé pour accélérer le processus de refroidissement. Une fois chauffé, le PLA émet de légères odeurs, décrites comme l’odeur de maïs doux, l’odeur de crêpes ou de sirop d’érable – mais il n’émet pas de fumées comme l’ABS chauffé. Une hotte de fumée ne sera pas nécessaire et vous pouvez, en principe, imprimer sans crainte avec du PLA à l’intérieur.

Le PLA peut être sablé et peint avec de la peinture acrylique, mais certaines personnes conseillent d’utiliser un apprêt. Coller du PLA n’est pas si facile comme coller de l’ABS. La plupart des gens semblent avoir certains résultats avec du cyanoacrylate (super glue), mais ceci présente des désavantages spécifiques propres (l’utilisation des lunettes de protection et des gants, la cohésion extrême aux doigts et d’autres parties du corps, le durcissement très rapide, etc.)

Le PLA est devenu un choix très populaire dans la communauté de l’impression 3D, compte tenu de sa faible toxicité et son meilleur respect pour l’environnement, comparé aux plastiques à base de pétrole. Ses désavantages principaux sont le fait qu’il ne résiste pas trop à la chaleur, car le PLA standard devient mou aux environs  de 50°C (vous pouvez réchauffer votre objet imprimé avec un pistolet à air chaud, par exemple). D’un autre côté, on peut considérer ceci comme un avantage pour réparer facilement, plier ou souder les pièces imprimées.

Mais le PLA est généralement considéré comme le matériel le plus facile pour travailler avec, lorsque vous commencez à imprimer. Il a commencé à devenir de plus en plus disponible et va probablement dépasser l’ABS comme choix préféré. Le PLA est disponible dans la plupart de couleurs et peut être translucide ou solide. Parlant de couleurs, cet article par Flashgamer vous donne une bonne idée sur ce qui est actuellement disponible. Les couleurs les plus notables sont les translucides (alias transparent) et le PLA fluorescent.

Du PLA flexible est aussi disponible – cette variante intéressante permet d’imprimer des matériels flexibles, mais il est beaucoup plus compliqué à utiliser. Se procurer du PLA mou peut parfois prouver difficile.

iGo3D Shop

Rouleaux de PLA en de multiples couleurs

 

PVA (Alcool de Polyvinyle)

Le PVA est un plastique spécial qui est soluble dans l’eau. Il est généralement utilisé comme un adhésif de papier, un épaississant, comme film  d’emballage, ou pour produits d’hygiène féminins et d’incontinence pour adultes, comme agent de démoulage ou dans les jeux de pâte à modeler pour les enfants. Une autre utilisation est dans le sport de pêche en eau douce, où les sacs de PVA remplis d’appât sont jetés dans l’eau, le sac se dissolvant rapidement relâchant ainsi l’appât pour pouvoir attirer le poisson.

Dans l’impression 3D, le PVA est parfois utilisé dans les imprimantes avec des extrudeurs doubles ou multiples, afin de pouvoir créer une structure de soutien  sur un objet qui présente des problèmes de surplomb. Certaines impressions complexes avec beaucoup de surplombs (les endroits où il n’y a pas de soutien sous les couches supérieures) peuvent être réalisées seulement en imprimant une telle structure de soutien. Sinon, la structure imprimée va se déformer ou va simplement s’écrouler. L’objet fini peut simplement être mis dans de l’eau jusqu’à ce que le PVA est complètement dissout, libérant l’objet de la structure de soutien sans besoin d’une finition manuelle incommode après l’impression.

Le PVA est normalement extrudé à une température de 190°C, mais il n’est pas facile à utiliser, car il attire beaucoup d’eau. L’humidité de l’air ambiant va détériorer le filament très rapidement. Le PVA a donc besoin d’être stocké dans une boîte ou un conteneur étanche et doit, selon le cas, être séché avant d’être utilisé. D’autres désavantages du PVA comprennent son prix élevé et la difficulté à s’approvisionner.

PVA - Filament d'Alcool de polyvinyle

PVA – Filament d’Alcool de polyvinyle

 

Diamètre du filament et Sources de filament

Une fois que vous avez choisi le matériel convenable à votre projet d’impression, vous devez vérifier si le diamètre du filament est compatible avec votre imprimante avant de passer commande. Les deux tailles standardisées de filament sont d’un diamètre soit de 1.75mm ou de 3mm (2.85mm). Seulement quelques modèles d’imprimantes peuvent utiliser les deux et nous recommandons de toujours vérifier le diamètre que votre imprimante 3D peut  utiliser.

Le filament est généralement vendu par leur prix en poids. Des bobines de 0.75kg ou 1kg (plus rare2,5kg) sont les tailles standards, bien que quelques matériels soient vendus par le mètre ou en petit rouleau (spécialement les fils de couleur plus exotiques ou des types plus exotiques de plastiques). Concernant la qualité, certaines personnes recommandent d’acheter seulement du filament de la part des fournisseurs de réputés, tout en sachant que ces filaments peuvent venir avec un certain prix. D’autres personnes ont fait de bonnes expériences avec du filament bon marché. A la fin, il suffit d’expérimenter avec du filament provenant de plusieurs sources, avant de trouver celui qui vous convient mieux. Une liste avec des sources sera bientôt ajoutée à cet article.

Table de comparaison

ABS PLA PVA
Appelation scientifique Acrylonitrile Butadiène Styrène Acide Polylactique ou polylactide Alcool polyvinylique
A base de
Pétrole Amidon de plantes Pétrole
Propriétés Durable
Dur
Légèrement flexible
Résistant à la chaleur
Dur
Fort
Soluble dans l‘eau
Excellente formation de film
Haute puissance d‘adhésion
Bonnes propriétés de barrière
Température pour extruder 210-250°C 160-220°C 190-210°C
Prix 14-60$ / kg 19-75$ / kg 80-120$ / kg
Post-traitement Sablage facile
Collage facile
Facilement dissout dans de l‘acétone
Sablage possible
Collage limité
Soluble dans l‘eau
Points positifs
Superbes propriétés de plastique
Finition lisse
Solidifie rapidement
Durable et difficile à briser
Idéal pour les pièces mécaniques
Bioplastique – bonnes propriétés environnementales
Bonne odeur lorsqu’il est chauffé
Non toxique
Pas de lit d’impression chauffé nécessaire
Haute vitesse d’impression et haute résolution
Moins de déformations ou de problèmes de rétrécissement
Idéal pour les petites pièces
Variantes dures ou molles / flexibles
Biodégradable
Recyclable
Non toxique
Points négatifs A base de pétrole
Non-biodégradable
Lit d’impression chauffé nécessaire
Fumées
Détérioration par la lumière du soleil
Refroidissement lent
Faible résistance à la chaleur
Plus facile à briser que l’ABS
Besoin de parois plus épaisses que l’ABS
Cher
Déterioration due à l’humidité de l’air
Stockage spécial nécessaire
3D printer filament - various colors

Filament ABS et PLA sur bobines – multicouleurs

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