Le marché de l'impression 3D a connu une croissance fulgurante, avec une augmentation estimée à 25% des ventes de filaments entre 2021 et 2022. Cette expansion rapide est alimentée par la diversification des matériaux disponibles, ouvrant des perspectives infinies pour la création et l'innovation. Ce guide exhaustif explore les différents filaments utilisés en impression 3D, leurs propriétés spécifiques, leurs avantages et inconvénients, ainsi que leurs applications les plus courantes. Nous allons vous aider à choisir le filament idéal pour vos projets.
Un filament d'impression 3D est un matériau thermoplastique sous forme de fil, extrudé par la buse d'une imprimante 3D. Ses caractéristiques physiques et chimiques déterminent directement la qualité, la résistance, et l'aspect final de l'objet imprimé. Le choix du bon filament est donc un élément crucial pour la réussite de tout projet d'impression 3D.
Les grands types de filaments d'impression 3D
Le choix du filament dépend fortement de l'application visée. Le marché offre une grande variété de matériaux, chacun possédant des propriétés spécifiques. Nous allons explorer les catégories principales, en commençant par les thermoplastiques les plus courants.
Plastiques thermoplastiques courants pour l'impression 3D
Ces matériaux sont populaires pour leur facilité d'utilisation et leur coût relativement accessible. Ils représentent la majorité des filaments utilisés par les débutants et les professionnels.
PLA (acide polylactique) : le filament d'entrée de gamme
Le PLA, ou acide polylactique, est un bioplastique dérivé de ressources renouvelables comme la canne à sucre ou le maïs. Sa température d'impression relativement basse, entre 190°C et 220°C, le rend facile à manipuler. Il présente une faible odeur lors de l'impression et une faible contraction, ce qui facilite le processus. Le PLA est biodégradable dans des conditions spécifiques de compostage industriel. Cependant, il est moins résistant à la chaleur et à l'humidité que d'autres filaments. Ses principales applications incluent le prototypage rapide, les objets décoratifs, et les modèles nécessitant une faible résistance mécanique.
- Avantages : Biodégradable, facile à imprimer, faible odeur, faible coût.
- Inconvénients : Faible résistance à la chaleur et à l'humidité, manque de résistance mécanique pour les applications exigeantes.
- Applications typiques : Prototypage, maquettes, objets décoratifs, jouets.
De plus, le PLA est disponible en une grande variété de couleurs et de finitions, comme le PLA mat ou le PLA brillant, et peut être infusé de matériaux comme le bois ou le métal pour des effets visuels uniques.
ABS (acrylonitrile butadiène styrène) : robustesse et résistance
L'ABS est un thermoplastique robuste et résistant aux chocs, connu pour sa haute température de déformation (environ 105°C). Il offre une meilleure résistance à la chaleur et aux produits chimiques que le PLA. Toutefois, l'impression avec de l'ABS nécessite une température plus élevée (210°C à 250°C) et, idéalement, une enceinte chauffante pour éviter les déformations et la mauvaise adhérence entre les couches. L'ABS dégage une odeur plus prononcée pendant l'impression. Il est le matériau de choix pour les pièces mécaniques résistantes, les boîtiers, et les applications nécessitant une durabilité accrue.
- Avantages : Résistance aux chocs, haute température de déformation, bonne résistance chimique.
- Inconvénients : Nécessite une température d'impression élevée et une enceinte chauffante, dégage une odeur forte pendant l'impression.
- Applications typiques : Pièces mécaniques, boîtiers électroniques, prototypes fonctionnels.
En comparaison directe avec le PLA, l'ABS offre une meilleure résistance, mais au prix d'une complexité d'impression plus importante.
PETG (polyéthylène téréphtalate glycolé) : polyvalence et finition
Le PETG est un thermoplastique polyvalent offrant une excellente résistance, une bonne adhérence inter-couches et une finition lisse. Sa résistance aux chocs, aux produits chimiques et à l'humidité en fait un excellent choix pour de nombreuses applications. Moins sujet à la déformation que l'ABS, il est plus facile à imprimer. Le PETG est souvent utilisé pour les bouteilles, les pièces nécessitant une étanchéité, et les modèles devant résister à des conditions environnementales difficiles. Sa température d'impression se situe généralement entre 220°C et 250°C.
- Avantages : Résistance, bonne adhérence, finition lisse, résistance à l'humidité.
- Inconvénients : Peut être légèrement plus cher que le PLA.
- Applications typiques : Bouteilles, pièces techniques, prototypes résistants à l'humidité.
ASA (acrylonitrile styrène acrylate) : résistance aux UV et aux intempéries
L'ASA est un thermoplastique particulièrement résistant aux rayons UV et aux intempéries, ce qui le rend idéal pour les applications extérieures. Il combine la résistance de l'ABS à une excellente durabilité face aux conditions climatiques. Son prix est généralement plus élevé que celui du PLA ou de l'ABS. La température d'impression est comparable à celle de l'ABS, entre 230°C et 260°C.
- Avantages : Excellente résistance aux UV et aux intempéries.
- Inconvénients : Prix élevé.
- Applications typiques : Objets d'extérieur, pièces exposées au soleil.
Filaments techniques et spécialisés pour l'impression 3D
Ces matériaux offrent des propriétés spécifiques, adaptées à des applications exigeantes et des besoins particuliers.
Nylon (PA) : résistance et flexibilité
Le Nylon, ou polyamide, est connu pour sa résistance, sa flexibilité et sa bonne absorption d'humidité. Il existe plusieurs types de Nylon, dont le PA6 et le PA66, présentant des propriétés légèrement différentes. L'impression avec du Nylon nécessite souvent un lit chauffant et parfois une enceinte fermée pour éviter les problèmes d'humidité. Il est utilisé pour les pièces mécaniques, les prototypes fonctionnels, et les objets nécessitant une certaine souplesse. Sa température d'impression varie entre 240°C et 270°C.
- Avantages : Résistance, flexibilité, bonne résistance à l'abrasion.
- Inconvénients : Absorption d'humidité, nécessite souvent un lit chauffant et une enceinte.
- Applications typiques : Pièces mécaniques, engrenages, prototypes fonctionnels.
TPU (polyuréthane thermoplastique) : élasticité et flexibilité
Le TPU, ou polyuréthane thermoplastique, est un matériau élastique et flexible, idéal pour les pièces nécessitant une certaine souplesse. Sa dureté Shore, qui mesure sa rigidité, varie considérablement en fonction de la formulation, allant de très souple à relativement rigide (dureté Shore A entre 80A et 98A). Il est utilisé pour les joints, les pièces flexibles, les semelles, et les objets nécessitant une élasticité. Sa température d'impression se situe entre 220°C et 240°C.
- Avantages : Élasticité, flexibilité, résistance à l'abrasion.
- Inconvénients : Peut être difficile à imprimer sans réglages précis.
- Applications typiques : Joints d'étanchéité, pièces flexibles, prototypes souples.
PET (polyéthylène téréphtalate) : transparence et résistance
Le PET est un thermoplastique courant utilisé pour les bouteilles. Comparativement au PETG, il offre une résistance et une transparence similaires, mais son impression peut être plus complexe. Il nécessite une température d'impression d'environ 240°C.
PC (polycarbonate) : haute performance
Le PC, ou polycarbonate, est un matériau haute performance, offrant une excellente résistance à la chaleur et aux chocs. Cependant, son impression est plus difficile en raison de sa haute viscosité et de sa tendance à se déformer. Il nécessite une température d'impression élevée, autour de 280°C, et une enceinte chauffante.
PVA (alcool polyvinylique) : support soluble
Le PVA, ou alcool polyvinylique, est un filament soluble dans l'eau, principalement utilisé comme matériau de support pour les impressions complexes avec des surplombs ou des structures complexes. Il est facilement retiré après l'impression, sans laisser de résidus. Sa température d'impression est généralement inférieure à celle des autres filaments, aux alentours de 190°C.
Filaments spéciaux et composites
Au-delà des thermoplastiques de base, il existe une gamme de filaments composites et fonctionnels offrant des propriétés uniques.
Filaments composites chargés
Ces filaments contiennent des charges qui améliorent leurs propriétés mécaniques ou esthétiques.
- Fibre de Carbone : Augmente la rigidité et la résistance, idéale pour les pièces légères et résistantes. Conductivité électrique.
- Charges Métalliques (Cuivre, Acier, Bronze) : Conductivité électrique et thermique, finition métallique.
- Bois ou Bambou : Aspect esthétique naturel, propriétés mécaniques plus faibles que les plastiques purs.
Filaments fonctionnels
Ces filaments possèdent des propriétés spécifiques au-delà des aspects mécaniques.
- Filaments Magnétiques : Propriétés magnétiques pour des applications spécifiques.
- Filaments Conducteurs (Argent, Cuivre) : Conductivité électrique pour l'électronique imprimée.
- Filaments Luminescents : Effets lumineux dans l'obscurité.
- Filaments Flexibles et Rigides : Différentes gammes de dureté Shore pour une flexibilité contrôlée.
Filaments bio-sourcés et durables
L'industrie de l'impression 3D se tourne de plus en plus vers des matériaux plus durables et respectueux de l'environnement. De nouveaux filaments bio-sourcés, fabriqués à partir de matières premières renouvelables, offrent des alternatives écologiques aux plastiques traditionnels.
Choisir le bon filament : critères et conseils
Le choix du filament dépend de plusieurs facteurs, liés à l'application, au budget et aux compétences.
Analyse des besoins
Avant de choisir un filament, il est crucial de définir les critères essentiels pour votre projet : résistance mécanique, flexibilité, résistance à la chaleur, résistance aux UV, aspect esthétique, budget disponible, facilité d'impression, etc.
Comparaison des propriétés mécaniques
Voici un tableau récapitulatif (à compléter avec des données chiffrées sur la résistance à la traction, la flexibilité, la température de déformation, etc. pour chaque filament). Il est important de consulter les fiches techniques des fabricants pour obtenir des informations précises.
| Filament | Résistance à la Traction (MPa) | Flexibilité | Température de Déformation (°C) | Résistance aux UV |
|---|---|---|---|---|
| PLA | ... | ... | ... | Faible |
| ABS | ... | ... | ... | Moyenne |
| PETG | ... | ... | ... | Bonne |
| Nylon | ... | ... | ... | Variable |
| TPU | ... | Très Haute | ... | Variable |
Conseils pratiques d'impression 3D
- Préparation du filament : Vérifiez l'état du filament avant l'impression. Un filament endommagé peut causer des problèmes d'impression.
- Réglages de l'imprimante : Adaptez les paramètres de température, de vitesse d'impression, et de flux de filament en fonction du matériau choisi.
- Post-traitement : Le post-traitement peut améliorer la qualité et la durabilité de vos impressions (ponçage, peinture, etc.).
Conseils d'achat
- Choisissez un fournisseur réputé pour la qualité de ses filaments.
- Vérifiez les certifications et les avis des clients.
- Attention aux contrefaçons !