Le champ d'application des technologies additives est large: sur un pôle se trouvent les imprimantes de bureau «uniquement PLA», pour les applications décoratives, sur l'autre les usines d'impression directe sur métal, entre elles sont des équipements et des matériaux en stock. Pour comprendre quels matériaux sont nécessaires pour obtenir une pièce durable et légère, nous passons de l'impression personnelle à l'impression industrielle. PLA, ABS, SBS - consommables familiers à toutes les imprimantes. PETG, nylon, polycarbonate - plutôt exotique. Mais ce sont loin des matériaux les plus sérieux.
Où les superplastiques sont-ils nécessaires?Les plastiques aux propriétés exceptionnelles sont très utiles dans l'espace. Non, il n'est pas encore possible d'imprimer un moteur-fusée en plastique, la stabilité thermique n'est même pas proche, mais elle sera idéale pour diverses pièces autour. Un exemple est Stratasys et le «contrôle climatique» des fusées Atlas V. 16 pièces imprimées au lieu de 140 métalliques sont plus rapides, plus faciles et moins chères. Et ce n'est pas un projet théorique, il a déjà volé dans l'espace.
Un autre exemple est l'aviation. L'altitude de vol est plus basse, mais l'application est plus massive. Ici aussi, il y a une raison de réduire la masse des pièces, de passer au plastique si possible. Il est également utilisé dans l'industrie aéronautique et l'impression directe avec des métaux, en ce qui concerne les composants du moteur ou les détails du cadre du fuselage, mais les éléments structurels moins chargés, tels que la ventilation de la cabine et les éléments intérieurs, sont mieux faits de plastique. Cette direction est développée, par exemple, par Airbus.
On descend du ciel sur terre: ici la masse n'est plus aussi critique, d'autres propriétés des plastiques techniques sont intéressantes. Résistance à la chimie agressive et aux températures élevées, possibilité de créer des structures inaccessibles aux méthodes classiques. Dans le même temps - un prix inférieur par rapport à l'impression sur métal. Les produits imprimés sont utilisés en médecine, dans l'industrie pétrolière et gazière et dans l'industrie chimique. À titre d'exemple, un bloc de mixage avec une structure de canal complexe, conçu pour l'illustration dans la section.
Contrairement aux plastiques conventionnelsPourquoi ne pas lancer du PLA dans l'espace et faire des évents en ABS? Un certain nombre d'exigences sont appliquées aux plastiques techniques liés à la résistance aux hautes et basses températures, à la résistance au feu et à la résistance mécanique. En règle générale, tout à la fois. Il n'est donc pas souhaitable de «flotter» lors de l'interaction avec l'environnement, le PLA ou l'ABS parfaitement brûlé dans le ciel.
Maintenant - à quoi, en fait, les plastiques sont utilisés dans l'impression industrielle en utilisant la technologie FDM / FFF.
Filaments de polycarbonateLe polycarbonate est un plastique largement utilisé dans l'industrie avec une résistance aux chocs et une transparence élevées, qui est également produit pour les besoins de l'impression FDM. Le matériau tient mieux la température que l'ABS, résiste aux acides, mais est sensible aux rayons UV et est détruit par l'exposition aux produits pétroliers.
Polycarbonate pur, PCLa température maximale de fonctionnement des produits en polycarbonate est de 130 ° C. Le polycarbonate est biologiquement inerte, ses produits résistent à la stérilisation, ce qui vous permet d'imprimer des emballages et des accessoires pour la médecine.
ABS / PCL'alliage de polycarbonate et d'ABS combine les capacités d'abrasion et de peinture de l'ABS avec une résistance aux chocs et une température de fonctionnement plus élevées. Préserve la résistance aux basses températures - jusqu'à -50 ° C Contrairement au PC pur, il est mieux applicable dans les cas où il est nécessaire d'éliminer la structure en couches de la pièce par meulage ou sablage. Application: fabrication de boîtiers et d'éléments de contrôle pour la production à la pièce et à petite échelle, remplacement de pièces en série en plastique dans des équipements dont les pièces ne sont plus fabriquées.
Filaments de polyamideLes polyamides sont utilisés dans la fabrication de fibres synthétiques et sont un matériau populaire pour l'impression par frittage laser sélectif (SLS). Pour l'impression à l'aide de la technologie FDM / FFF, le polyamide-6 (nylon), le polyamide-66 (nylon) et le polyamide-12 sont principalement utilisés. Les caractéristiques communes des filaments à base de polyamide comprennent l'inertie chimique et les propriétés antifriction. Le polyamide-12 est plus flexible et résistant que le PA6 et le PA66. Température de fonctionnement - environ 100 ° C, modifications individuelles - jusqu'à 120.
Tout d'abord, les engrenages sont imprimés en polyamide. Le meilleur matériel à cet effet, avec lequel vous pouvez travailler sur une imprimante 3D ordinaire avec une caméra fermée. La résistance à l'abrasion vous permet de faire de la traction, des cames, des coussinets coulissants. Dans la gamme de nombreux fabricants, il existe des filaments composites à base de polyamide, avec une résistance mécanique encore plus grande.
Nous passons au plus intéressantVous pouvez travailler avec du polycarbonate ou du polyamide sur une imprimante 3D ordinaire. Les filaments décrits ci-dessous sont plus compliqués, ils nécessitent d'autres extrudeuses et maintiennent la température dans la chambre de travail, c'est-à-dire qu'un équipement spécial est nécessaire pour l'impression avec des plastiques à haute température. Il y a des exceptions - par exemple, à la NASA, pour des raisons d'expérience, ils ont modernisé le populaire Lulzbot TAZ aux États-Unis pour travailler avec des filaments à haute température.
Polyétheréthercétone, PEEKLa température de travail des produits PEEK atteint 250 ° C, un chauffage à court terme jusqu'à 300 est possible - indicateurs de filaments renforcés. Le PEEK présente deux inconvénients: un prix élevé et une résistance aux chocs modérée. Les autres sont des atouts. Plastique auto-extinguible, résistant à la chaleur, chimiquement inerte. L'équipement médical et les implants sont en PEEK; la résistance à l'abrasion permet d'imprimer les détails des mécanismes à partir de celui-ci.
Polyétherimide, PEIIl est Ultem. Une famille de plastiques développée par SABIC. Les caractéristiques de l'Île-du-Prince-Édouard sont plus modestes que les indicateurs du PEEK, mais le coût est beaucoup plus faible. Ultem 1010 et 9085 sont les matériaux de base Stratasys pour l'impression de pièces fonctionnelles. L'Île-du-Prince-Édouard est en demande dans l'industrie aérospatiale - la masse est beaucoup moins élevée que celle des alliages d'aluminium. Les températures de fonctionnement des produits, en fonction de la modification du matériau, atteignent 217 ° C selon le fabricant et 213 selon les résultats des tests Stratasys.
Le PEI a les mêmes avantages que le PEEK - résistance aux produits chimiques et à la température, résistance mécanique. C'est ce matériau que Stratasys promeut en remplacement partiel du métal dans l'industrie aérospatiale, des drones, de la fabrication d'outillage pour le moulage et de l'impression rapide de pièces fonctionnelles en production pilote.
Les composants du système de refroidissement des fusées Atlas V et les pièces en plastique pour les avions de ligne Airbus, présentés à titre d'exemple au début de l'examen, sont fabriqués en Ultem 9085.
Polyphénylsulfone, PPSF / PPSUUn autre matériau qui combine dans ses propriétés résistance à la température, résistance mécanique et résistance aux influences chimiques. Stratasys PPSF est certifié pour les applications aérospatiales et médicales. Positionné comme matière première pour la production de dispositifs médicaux auxiliaires, il peut être stérilisé dans des autoclaves à vapeur. Il est utilisé dans la fabrication de pièces pour les usines de laboratoire de l'industrie chimique.
Polysulfone PSUMoins courant par rapport au PPSU, présente des caractéristiques physiques similaires, chimiquement inerte, autoextinguible. Température de fonctionnement - 175 ° C, jusqu'à 33% moins cher que le PPSU.
Comparaison des caractéristiques des filaments* calcination 2 heures à 140 ° C
** Apium PEEK 450 naturel, les résultats des tests d'impact par des méthodes similaires ne sont pas disponibles. Résistance à la chaleur indiquée pour le PEEK non rempli.
Les données concernent les filaments Stratasys, à l'exception du PEEK. Si une plage de valeurs est indiquée, les tests ont été effectués le long et à travers les couches de la pièce.
À propos des filaments compositesLa plupart des matériaux pour l'impression FDM ont des versions composites. Si nous parlons de PLA, des poudres de métaux ou de bois y sont ajoutées, pour changer les propriétés esthétiques. Les filaments d'ingénierie sont renforcés de fibre de carbone pour augmenter la rigidité de la pièce. L'effet de tels additifs sur les propriétés du plastique dépend non seulement de leur quantité, mais également de la taille des fibres. Si la poudre fine peut être considérée comme un additif décoratif, les fibres modifient déjà considérablement les caractéristiques du plastique. Le mot carbone dans le nom du matériau lui-même ne signifie pas des propriétés exceptionnelles, vous devez regarder les résultats des tests. Par exemple: Stratasys Nylon12CF a presque deux fois la résistance à la traction lorsqu'il est testé le long des couches que Nylon12.
Une option exotique est la mise en œuvre d'un renforcement continu de Markforged. La société propose du
filament de renforcement pour l'impression conjointe FDM avec d'autres plastiques.
Autres propriétés spécifiquesLes plastiques techniques ne sont pas seulement résistants aux températures élevées et à la résistance mécanique. Pour les étuis ou les boîtes de stockage d'appareils électroniques, ainsi que dans des conditions de travail avec des liquides volatils inflammables, des matériaux ayant des propriétés antistatiques sont nécessaires. Dans la gamme Stratasys, il s'agit par exemple de l'ABS-ESD7.
L'ABS conventionnel n'est pas résistant aux rayons ultraviolets, ce qui limite son utilisation sans revêtement protecteur à l'air libre. En alternative, l'ASA est proposée, dont les caractéristiques sont proches de l'ABS, à l'exception de la présence de résistance aux UV.
Alternative originaleLe plastique peut remplacer le métal dans de nombreux domaines, car il le surpasse en termes de légèreté, d'isolation thermique et électrique, de résistance aux réactifs. Mais les impressions des meilleurs filaments FDM ne sont pas à la hauteur des indicateurs physiques des produits métalliques.
Le géant chimique BASF propose le filament Ultrafuse 316LX FDM, avec une fraction massique d'acier inoxydable de 80%. La pièce est imprimée sur une imprimante FDM puis placée dans un four, où le plastique liant est grillé et le métal est fritté. La pièce ainsi obtenue est beaucoup moins chère que l'impression directe en métal. Avec une imprimante FDM et un four adapté, aucun nouvel équipement ne sera nécessaire du tout.
Notez qu'une solution similaire est proposée par
Virtual Foundry - son Filamet, avec du bronze ou de la poudre de cuivre, est cuit de la même manière. Le choix du métal fait allusion à une application décorative plutôt qu'à une application d'ingénierie.
L'AIM3D a sa propre implémentation de ce principe - l'imprimante
ExAM 255 ne fonctionne pas avec des filaments, mais avec des granules. Cela vous permet d'utiliser des matières premières pour l'impression FDM, qui est généralement utilisée dans le MIM, le moulage par injection de métal. Pour le frittage de pièces, l'entreprise propose un four
ExSO 90 . Vous pouvez imprimer avec des granules de plastique, ce qui est généralement moins cher que d'utiliser un filament traditionnel.
Ingénierie spéciale Ingénierie plastiquePour résumer. En résumé: les consommables considérés diffèrent des matériaux conventionnels avec une température d'impression élevée, ce qui nécessite l'utilisation d'équipements spéciaux, et une résistance à la chaleur et une résistance mécanique importantes des pièces fabriquées. Pour travailler avec de tels filaments, des imprimantes 3D avec une température de fonctionnement de l'extrudeuse de 350 ° C et une chambre de travail thermostabilisée sont nécessaires.
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