[Dossier] Les matériaux pour l'impression 3D

L'impression 3D ne cesse de se développer : nouvelles applications, améliorations technologiques.. Des multitudes d'évolutions qui engendrent de façon très positive la liste des matériaux disponibles pour imprimer en 3D. Les possibilités de personnalisation deviennent alors sans limites. 

Nous pourrions penser qu'il n'existe qu'un seul matériau, en l'occurrence plastique, pour imprimer en 3D. Découvrons ensemble les principales familles de matériaux utilisés pour la fabrication additive.

Les matériaux plastiques

ABS

Le matériau ABS, appartenant à la famille des thermoplastiques, est souple et résistant aux chocs. Il est notamment utilisé dans les secteurs de l'industrie, de l'automobile et des biens de consommation. 

Il permet d'obtenir des surfaces polies et réutilisables en les soudant par procédés chimiques. L'ABS fond entre 200 et 250°, il peut par ailleurs supporter des températures très basses comme très élevées. Il n'est par contre pas biodégradable et rétrécit au contact de l'air. 

Ce matériau est utilisé dans les technologies de technique de dépôt de matière fondue (FDM), et dans les procédés SLA et PolyJet lorsque celui-ci est fondu. 

PLA

De par son faible rétrécissement à l'impression, le PLA est un matériau apportant une extrême précision au niveau des pièces. C'est d'ailleurs pour cette raison que ce matériau ne nécessite pas de plateaux chauffants lors de l'impression par la technique FDM. 

Contrairement à l'ABS, le PLA est biodégradable (il est fabriqué par amidon de maïs). Par contre, le PLA est plus délicat (du fait de sa vitesse élevée de refroidissement et de durcissement) et peut s’abîmer au contact de l'eau. 

PA

PA ou Polyamide est le plus souvent un matériau de poudre fine, granuleuse et blanche utilisée dans la technologie du Frittage Laser Sélectif (SLS). Il peut être également sous forme de filament (notamment le nylon) pour les impressions utilisant la technologie de dépôt de matière fondue (FDM)

Le PA permet l'impression de pièces à surfaces lisses et est également biodégradable. Il présente des caractéristiques mécaniques et chimiques de par sa stabilité, rigidité, flexibilité et résistance aux chocs. Ces qualités en font un matériau privilégié par les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile et de la prothèse médicale. 

PET 

Obtenu à partir du pétrole, ce matériau plus solide que l'ABS ne nécessite pas non plus de plateau chauffant. Le PET, ou polytéréphtalate d'éthylène, est caractérisé par sa solidité et sa flexibilité. Il se chauffe à 220°. 

LES RÉSINES

Les résines peuvent être thermoplastiques ou thermodurcissables et constituent le matériau de base pour les technologies SLA et PolyJet. Elles permettent d'obtenir aussi bien des pièces de couleurs que transparentes. Les géométries sont limitées mais la qualité de surface est garantie.

Les matériaux en métaux

L'ALUMINIUM

Ce matériau est caractérisé par sa résistance, sa légèreté et sa solidité. Moins robuste que l'acier sur la fatigue et les hautes températures, il reste néanmoins un matériau privilégié pour les secteurs de l'aéronautique, de l'aérospatiale et de l'automobile où la notion de poids est essentielle. 

On le retrouve le plus souvent sous forme d'alliage comme le silicium et le magnésium. 

L'ACIER

L'acier inoxydable est le matériau métal le plus utilisé dans l'industrie, c'est donc le premier a avoir été utilisé dans l'impression 3D métal. Réputé pour ses qualités mécaniques, il permet d'obtenir des surfaces polies et brillantes. Il est également possible de le coupler à d'autres matériaux précieux tels que le bronze ou l'or.

LE COBALT-CHROME

Initialement utilisé dans des techniques de moulage traditionnelles, le procédé EBM a permis d'utiliser ce matériau au sein de la fabrication additive. Solide et très résistant à l'usure, il est idéal pour la fabrication de moules et apprécié des secteurs du médical et de l'industrie dentaire. L'industrie automobile et aérospatiale utilisent également certains alliages cobalt-chrome-molybdène, très résistants à la chaleur. 

LE TITANE

Les pièces imprimées à partir du titane sont réputées pour leur légèreté, leur solidité et leur résistance à la corrosion. La fabrication additive est une réelle alternative aux procédés traditionnels, plus coûteux et moins fiables.

Ce matériau refroidit également très rapidement. Les secteurs de l'automobile, l'aéronautique et le médical. Certains alliages comportant du titane sont biocompatibles et donc utilisés pour des prothèses. Il offre une très bonne adhérence aux tissus et à l'os. 

LES MÉTAUX PRÉCIEUX 

Il est en effet possible d'ajouter de la colle pour injecter des métaux précieux (or, bronze, argent) sur un objet imprimé en acier. Il est également possible de fondre directement ces métaux dans un moule fabriqué à cire perdue.

C'est un procédé très utilisé en bijouterie ainsi que pour la fabrication d'objets de petite taille. A noter toutefois quelques contraintes, il faut une épaisseur minimale de 0,8mm à 1mm à respecter pour les parois.

Les matériaux en céramique et organiques

CÉRAMIQUE

La céramique est de plus en plus utilisée dans l'impression 3D, surtout dans les applications médicales et industrielles. Elles peuvent être imprimées via les technologies SLS (Frittage Sélectif Laser) ou FDM (Dépôt de Matière Fondue). 

Ce matériau permet notamment de reproduire des objets réutilisables dans son environnement réel car en plus d'être alimentaire, il est étanche et recyclable.

SABLE

Le sable est principalement utilisé pour la fabrication de moules de fonderie mais, combiné à d'autres matériaux, il peut s'avérer très utilise pour l'architecture. 

BÉTON

Le principe d'impression des céramiques peut également être utilisé pour imprimer du béton ou n'importe quel autre matériau composite. Inspirée par la technologie SLA (Stéréolithographie), une technologie pour imprimer des bâtiments entiers en béton artificiel en utilisant sable et liants organiques. 

LES MATÉRIAUX ORGANIQUES

Désormais, les recherches constantes sur l'impression 3D permettent de parler aujourd'hui d'impression de tissus humains fabriqués à partir d'une structure gel sur lesquelles les cellules vivantes sont injectées pour construire le tissu biologique. C'est néanmoins un domaine encore en recherche et développement, puisque la limite de cette découverte se trouve dans l'alimentation constante en sang pour garder les cellules en vie lors de l'impression. 

Un autre matériau organique disponible pour l'impression 3D est la cire, principalement utilisée pour le moulage en fonderie tant pour des pièces mécaniques, d'art ou de bijoux. 3DSystems propose par ailleurs le VisiJet Prowax, Hi-Cast et Dentcast Dental Wax-up pour les imprimantes 3D ProJet 3500 et ProJet 5000 fonctionnant sur la technologie ProJet.