Découvrez les différences entre les thermoplastiques amorphes et semi-cristallins en impression 3D grand format, et comment leurs propriétés influencent le traitement, la résistance, la finition et l'application.
La fabrication additive est une technologie qui évolue rapidement et qui transforme l'industrie manufacturière. Elle désigne le processus de création d'objets en 3D par superposition de matériaux, par opposition aux processus de fabrication soustractive qui retirent des matériaux d'un bloc solide.
Choisir le bon matériau d'impression 3D est la première étape pour trouver le meilleur cas d'utilisation pour votre application. Les solutions d'impression 3D grand format de CEAD utilisent principalement des thermoplastiques renforcés de fibres courtes (SFRT). Chaque SFRT se compose d'une matrice et d'une fibre. La matrice thermoplastique du matériau sert de « colle » qui maintient les fibres dans leur position et a la plus grande influence sur les propriétés mécaniques et thermiques éventuelles et la résistance chimique du matériau. Il est donc important de connaître la différence entre les deux types de polymères thermoplastiques utilisés : amorphe et semi-cristallin.
Matériaux amorphes
Dans les matériaux amorphes, la structure moléculaire est désordonnée et ne présente pas de schéma répétitif régulier. Les molécules sont disposées de manière aléatoire, sans ordre ni périodicité à longue portée. Ce manque d'ordre au niveau moléculaire est à l'origine des propriétés caractéristiques des matériaux amorphes, telles que la transparence, des points de fusion plus bas et un aspect vitreux. L'absence de structure répétitive régulière empêche la formation de sections cristallines.
Avantages :
1. Facilité de traitement : Les polymères amorphes ont généralement des points de fusion plus bas, ce qui les rend plus faciles à travailler dans les imprimantes 3D grand format.
2. Finition de surface lisse : Ils peuvent produire des pièces imprimées en 3D avec des finitions de surface plus lisses et des détails plus fins, ce qui est important pour certaines applications.
3. Transparence : Utile pour les applications d'impression 3D grand format nécessitant une clarté optique, comme dans les appareils médicaux ou les boîtiers transparents.
Inconvénients :
1. Résistance mécanique limitée : Les polymères amorphes ont tendance à avoir une résistance mécanique plus faible que leurs homologues semi-cristallins, ce qui les rend moins adaptés aux applications porteuses.
2. Matériaux semi-cristallins : Les matériaux cristallins ont une structure moléculaire très ordonnée et répétitive. Les atomes ou les molécules d'un matériau cristallin sont disposés selon un schéma spécifique et répétitif, qui s'étend à travers le matériau sur de longues distances. Cet arrangement ordonné est à l'origine des propriétés caractéristiques des matériaux cristallins, notamment une plus grande résistance mécanique et des points de fusion distincts. Les polymères semi-cristallins, comme leur nom l'indique, ont une structure amorphe avec des sections cristallines, et donc une combinaison des deux types.
Avantages :
1. Résistance mécanique élevée : Les polymères semi-cristallins offrent généralement de meilleures propriétés mécaniques, notamment une rigidité et une résistance plus élevées.
2. Résistance chimique : De nombreux polymères semi-cristallins sont très résistants aux produits chimiques et aux facteurs environnementaux.
Inconvénients :
1. Températures de traitement plus élevées : Ces polymères nécessitent des températures de traitement plus élevées, ce qui peut représenter un défi pour les imprimantes 3D grand format.
2. Plage de température optimale plus restreinte : Un facteur important dans la production de pièces par impression 3D grand format est la qualité de la liaison entre les couches (résistance inter-couches). Pour que cette liaison soit optimale, la couche précédente doit être à une température optimale, de sorte que les molécules puissent encore se réarranger avec les molécules de la nouvelle couche, tout en offrant une résistance suffisante pour supporter le poids de la nouvelle couche sans se déformer. Cette fenêtre est plus petite pour les sections cristallines que pour les matériaux amorphes, ce qui rend le contrôle de la qualité et le traitement plus difficiles.
3. Finition de la surface : Ils peuvent produire des pièces imprimées en 3D avec une finition de surface plus rugueuse et peuvent nécessiter un post-traitement pour améliorer l'esthétique.
4. Transparence limitée : Les polymères semi-cristallins sont généralement opaques, ce qui limite leur utilisation dans les applications nécessitant une clarté optique.
5. Stabilité dimensionnelle plus faible : En raison des régions cristallines, le matériau polymère a tendance à se rétracter de manière non isotrope, ce qui réduit la stabilité dimensionnelle lors de l'impression.
Le choix entre les thermoplastiques amorphes et semi-cristallins
En conclusion, le choix entre les thermoplastiques amorphes et semi-cristallins doit être basé sur les exigences spécifiques de l'application. Il est essentiel de comprendre les avantages et les inconvénients de ces matériaux pour obtenir les performances et la qualité souhaitées pour les pièces imprimées en 3D de grand format.