
De l'aérospatiale à l'automobile en passant par les soins de santé, de plus en plus d'industries passent des métaux aux non-métaux pour les composants structurels, les pièces d'équipement, les implants et l'outillage. Les polymères haute performance s'avèrent plus performants que leurs anciens homologues métalliques. De plus, ils sont plus légers, moins chers et plus rapides à produire en petites quantités que les pièces métalliques.
Les pièces en polymère imprimées en 3D peuvent être durables, résistantes à la corrosion, aux produits chimiques, à la chaleur, aux chocs à haute température et surtout aux températures inférieures à zéro. Elles présentent des qualités élevées d'isolation électrique et d'amortissement du bruit. Les polymères peuvent également être personnalisés afin d'être fabriqués dans des formes souvent impossibles à réaliser avec du métal, et être finalement imprimés en 3D sous forme monolithique, de sorte qu'il ne soit pas nécessaire de les assembler ou de les souder.
Il existe des dizaines de plastiques pour l'impression 3D avec des degrés variables de solidité, de durabilité, de résistance à l'usure, de tolérance à la chaleur, de biocompatibilité et d'autres attributs dont vous pourriez avoir besoin dans votre pièce finale. Mais comment choisir le bon ?
Dans cet aperçu des matériaux haute performance, nous présenterons les caractéristiques des principaux polymères utilisés aujourd'hui dans la fabrication additive, afin de vous aider à faire le meilleur choix selon votre projet ou votre domaine d'application.
Propriétés mécaniques des plastiques techniques et des plastiques haute performance
PC (Polycarbonate)
Le
polycarbonate (PC) est un matériau solide qui se distingue par trois caractéristiques principales : la clarté optique, la résistance à la chaleur et une incroyable robustesse. Lorsqu'il est imprimé en 3D, il est utilisé dans de nombreux secteurs pour les prototypes de phares automobiles, les abat-jour et les boîtiers translucides de composants électriques.
► Hautement transparent, matériau semblable au verre
► Grande résistance jusqu'à -20 °C
► Haute résistance mécanique jusqu'à 140 °C
► Intrinsèquement ignifugé
► Bonnes propriétés d'isolation électrique non influencées par l'eau ou la température
► Possède une bonne résistance à l'abrasion
► Supporte les stérilisations répétées à la vapeur
PA (Polyamide, Nylon)
Les
polyamides (également appelés nylons) en tant que classe de plastiques - disponibles en PA6, PA11, PA12, et autres - sont appréciés pour leur bon équilibre de propriétés. Généralement issus du pétrole (à l'exception du PA11, qui est un bioplastique), ils présentent à la fois une solidité et une résistance à l'usure tout en étant faciles à travailler. Le PA est généralement renforcé par des fibres de carbone, de verre, de kevlar ou intégré à des fibres de carbone continues, pour un renforcement supplémentaire. Largement utilisé dans les applications techniques haut de gamme, telles que les engrenages, les gabarits, les montages et l'outillage, le PA est disponible sous forme de filament et de poudre.
► Résistance et rigidité élevées à haute température
► Bonne résistance aux chocs, même à basse température
► Très bonne fluidité pour une transformation facile
► Bonne résistance à l'abrasion et à l'usure
► Haute résistance aux carburants et aux huiles
► Bonnes propriétés d'isolation électrique
► Haute résistance à la fissuration sous contrainte, au vieillissement et à l'abrasion
► Forte absorption d'eau
► Vulnérable aux acides minéraux et aux solvants
PETG / PET (polyethylene)
Pièces imprimées en 3D en PETG à partir de Extrudr, Filamantworld PETG filament, et Reflow rPETG.
Le PET et le PETG font partie de la même famille des polyéthylènes téréphtalates.
PET
Le PET est l'un des plastiques les plus utilisés au monde, notamment pour les emballages de produits alimentaires et de boissons, mais il n'est pas très populaire pour la fabrication additive en raison de sa faible résistance à la chaleur.
PETG
Le PETG, en revanche, est largement utilisé pour l'impression 3D en raison de son importante résistance chimique et thermique, de sa bonne durabilité et de sa formabilité (par rapport aux autres plastiques). On peut dire qu'il ne s'agit pas d'un polymère de qualité technique en raison de sa faible résistance, mais la résistance à l'usure et aux chocs du PETG en fait un matériau adapté à une série d'applications industrielles pour lesquelles un plastique économique est une priorité. Les applications du PETG comprennent les alignements dentaires, la signalisation et les affichages graphiques, ainsi que les boîtiers d'équipements électriques.
► Résistance chimique et thermique importante
► Durabilité
► Rigidité et résistance modérées seulement
► Sécurité alimentaire et non-toxique
► Translucide et doté d'une surface brillante.
Prix : Filament (1kg) à partir de 35 €
TPE / TPU / TPC (thermoplastic elastomers)
Les TPE (élastomères thermoplastiques) sont issus d'une classe de matériaux qui sont un mélange de plastique et de caoutchouc, comprenant le TPU (polyuréthane thermoplastique), le TPC (co-polyester thermoplastique) et d'autres. Ces plastiques sont très souples et flexibles. Ils sont de plus en plus utilisés dans la fabrication additive pour produire des pièces qui peuvent être pliées ou étirées sans aucune déformation.
Les TPU sont aussi généralement plus durables et peuvent offrir une meilleure résistance à l'abrasion, aux huiles, aux produits chimiques et aux températures élevées et basses que le filament TPE. Le PTC se distingue par sa résistance aux hautes températures et son excellente résistance aux UV. Il est particulièrement prisé dans les applications biomédicales et pour les dispositifs médicaux et portables. Les TPE sont disponibles sous forme de filament, de poudre et de résine.
► Grande élasticité sur toute la gamme de dureté
► Excellente résistance aux chocs et aux basses températures
► Résilience aux huiles, aux graisses et aux solvants.
► Grande résistance aux intempéries et aux rayonnements à haute énergie
► Très bonnes propriétés d'isolation électrique
► Peut être produit dans une variété de niveaux de dureté.
Prix : Filament (1kg) à partir de 40€
Prix : Poudre (6 kg) à partir de 1 000€.
PEI (polyetherimide / Ultem)

Pièces imprimées en 3D en Ultem avec FormFutura PEI ULTEM 9085 et Intamsys ULTEM 1010.
Le polyétherimide (PEI) a été développé pour la première fois en 1982 par General Electric Company (aujourd'hui SABIC) sous le nom commercial d'Ultem, comme il est encore communément appelé. Ce plastique haute performance se caractérise par des propriétés thermiques, mécaniques et électriques exceptionnelles. Le PEI offre aux fabricants un rapport résistance/poids élevé, ce qui en fait une alternative rentable au métal. Il est suffisamment résistant pour remplacer l'acier dans certaines applications et suffisamment léger pour être utilisé dans d'autres afin de remplacer l'aluminium, notamment dans l'aérospatiale.
Parmi les autres applications du PEI, citons les composants d'engrenages, les boîtiers de vannes, les boîtiers de capteurs et de thermostats, les applications électriques exigeantes, les cartes de circuits imprimés et les dispositifs de plénum. Il existe de nombreux grades d'Ultem, le plus courant étant l'Ultem 1000. L'Ultem 1010 est un matériau en résine, et l'Ultem 2300 est un matériau renforcé de verre à 30%.
► Très bonne conservation des propriétés mécaniques à des températures extrêmement élevées
► Résistance spécifique, rigidité, flexibilité et résistance dimensionnelle exceptionnelles.
► Bonnes propriétés électriques
► Bonne résistance à la lumière UV et aux intempéries
► Résistance intrinsèque à la flamme
► Résistant aux alcools, aux acides et aux solvants hydrocarbonés, mais se dissout dans les solvants partiellement halogénés.
► Le PEI présente également une bonne stabilité hydrolytique
► Se comporte particulièrement bien dans les environnements d'air chaud et d'eau.
► La plupart des grades de PEI sont compatibles avec le contact alimentaire.
Prix : Filament (1kg) à partir de 350€

Pièces industrielles imprimées en 3D avec des matériaux haute performance (Source : Intamsys)
Il existe des entreprises de produits chimiques spécialisées qui fabriquent les polymères, puis des fabricants de filaments qui utilisent ces polymères dans les filaments. Parfois, vous pouvez acheter des matériaux haute performance directement auprès d'une société de chimie spécialisée, comme Evonik ou Solvay. D'autres fois, vous trouverez ces polymères spécialisés de marque - VestaKeep, Ketaspire, Kynar, Kepstan - dans les produits d'autres fabricants de filaments décrits comme des filaments "basés sur" un polymère de marque ou "fabriqués avec" un polymère de marque. Quelle est donc la différence ?
Eh bien, un point important à garder à l'esprit lors de l'achat de matériaux haute performance est de savoir si la pièce finale que vous fabriquez sera utilisée dans une industrie réglementée ou non. Ce n'est pas parce que le PPSU est biocompatible que tous les filaments de PPSU sont certifiés et approuvés comme étant médicalement biocompatibles. Les fabricants de matériaux doivent soumettre leurs matériaux spécifiques à des organismes de réglementation pour obtenir des approbations.
Par exemple, le filament Solvay Radel PPSU est approuvé par la FDA pour un contact avec la peau 24 heures sur 24 dans le cadre d'applications médicales, mais tous les filaments PPSU ne sont pas approuvés par la FDA.
Le plus sûr est de travailler avec l'une des entreprises de produits chimiques spécialisés ci-dessous pour en savoir plus sur les propriétés, les utilisations et les distributeurs agréés de leurs matériaux. Avec les produits de marque ci-dessous, vous recevrez également des directives d'impression détaillées.
Evonik
► Infinam PA / TPA / TPC / PEEK
► VestaKeep PEEK
BASF / Forward AM
► Adsint PA12
► Ultrafuse PA / TPC / TPE / PPSU
► Ultrasint PA (poudre)
► XStrand (acheté à Owens Corning en 2020) PA / PC
Arkema
► Rilsan PA 11
► Kepstan PEKK
► Kynar 460 PVDF