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Guide des matériaux d’impression 3D : types, applications et propriétés

L’impression 3D vous permet de prototyper et de fabriquer rapidement et de façon rentable des pièces pour une large gamme d’applications. Mais choisir le procédé d’impression 3D adéquat n’est qu’un facteur parmi d’autres. En définitive, ce sont surtout les matériaux qui vont vous permettre de créer des pièces dotées des propriétés mécaniques, des caractéristiques fonctionnelles et de l’aspect voulus.

Ce guide des matériaux d’impression 3D présente les matériaux plastiques et métalliques disponibles, compare leurs propriétés et leurs applications et propose une méthode pour choisir celui qui convient à votre projet.

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Vous n’arrivez pas à choisir le matériau d’impression 3D le plus adapté à vos besoins ? Notre nouveau guide interactif des matériaux vous aiguille parmi notre gamme de résines en constante augmentation et vous aide à faire le bon choix en fonction de votre application.

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Matériaux et processus pour l’impression 3D en plastique

Des dizaines de matériaux plastiques sont disponibles pour l’impression 3D. Chacun a ses propres qualités pour des utilisations bien spécifiques. Pour simplifier le choix du matériau le mieux adapté à une pièce ou un produit donnés, nous allons d’abord présenter les deux principaux types de plastiques et les différents procédés d’impression 3D.

Types de matériaux plastiques

Il existe deux principaux types de plastiques :

  • Les thermoplastiques sont les plus utilisés. La caractéristique principale qui les différencie des plastiques thermodurcissables est qu’ils peuvent subir de nombreux cycles de fusion et de durcissement. Les thermoplastiques peuvent être chauffés et mis en forme dans la géométrie désirée. Le processus est réversible parce qu’il ne fait pas intervenir de liaisons chimiques, ce qui permet le recyclage ou la refonte des thermoplastiques, ainsi que leur réutilisation. Une analogie courante des thermoplastiques est le beurre, qui peut fondre, puis solidifier et fondre à nouveau. A chaque cycle de fonte, les propriétés changent légèrement.

  • Les plastiques thermodurcissables (ou thermodurcis) conservent leur état solide après polymérisation. La réticulation chimique des polymères des matériaux thermodurcissables s’établit pendant la polymérisation, qui est déclenchée par la chaleur, la lumière ou une irradiation appropriée. Les thermodurcissables se décomposent à la chaleur plutôt qu’ils ne fondent et ils ne se reforment pas lorsqu’ils sont refroidis. Le recyclage ou le retour aux composants d’origine du matériau thermodurcissable est impossible. Un matériau thermodurcissable est comme la pâte d’un gâteau : une fois cuite, elle ne peut redevenir de la pâte.

Processus d’impression 3D en plastique

Les trois procédés d’impression 3D les plus utilisés actuellement sont les suivants :

FDM vs SLA vs SLS video guide
Guide vidéo

Comment choisir une technique d’impression 3D

Vous avez des difficultés à trouver la meilleure technique d’impression 3D qui réponde à vos besoins ? Dans ce guide vidéo, nous comparons les procédés FDM, SLA et SLS selon plusieurs critères d’achat courants.

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Impression 3D FDM

Le procédé FDM, ou dépôt de fil fondu, également connu sous le nom de fabrication par filament fondu (FFF), est le procédé le plus utilisé au niveau des consommateurs, du fait de l’émergence des imprimantes 3D de loisir. 

Ce procédé convient bien à la fabrication de modèles de démonstration de faisabilité, des prototypes rapides et peu coûteux de pièces simples, telles que celles qui doivent être normalement usinées.

Comparé aux autres procédés d’impression 3D plastique, le FDM est celui qui présente la résolution et l’exactitude les plus faibles. Il ne convient donc pas à la fabrication de modèles compliqués ou de pièces avec des parties complexes. La finition de surface peut être améliorée par des procédés de polissage chimique ou mécanique. Les imprimantes 3D FDM industrielles utilisent des supports solubles pour atténuer certains de ces problèmes. Elles travaillent avec une gamme plus large de thermoplastiques techniques, voire avec des composites, mais leur coût est nettement plus élevé.

Comme les filaments fondus forment chaque couche, des cavités peuvent parfois rester entre les couches, lorsqu’elles n’ont pas totalement adhéré entre elles. Cela forme donc des pièces anisotropes, une caractéristique à prendre en compte lorsque vous concevez des pièces qui doivent supporter du poids ou résister à des tractions.

Les matériaux d’impression 3D FDM sont disponibles dans une variété de couleurs. Divers mélanges expérimentaux de filaments plastiques existent également pour créer des pièces avec l’apparence du bois ou du métal.

Matériaux d’impression 3D FDM les plus courants

Les matériaux d’impression 3D FDM les plus répandus sont l’ABS, le PLA et leurs variantes. Les imprimantes FDM les plus avancées peuvent aussi traiter d’autres matériaux spécialisés qui offrent des propriétés de résistance à la chaleur, à l’impact, aux produits chimiques, ainsi qu’une certaine rigidité.

MatériauCaractéristiquesApplications
ABS (acrylonitrile butadiène styrène)Robuste et durable
Résistant à la chaleur et aux impacts
Nécessite le chauffage du lit d’impression
Besoin de ventilation
Prototypes fonctionnels
PLA (acide polylactique)Le matériau FDM le plus facile à imprimer
Rigide, solide, mais friable
Moins résistant à la chaleur et aux produits chimiques
Biodégradable
Sans odeur
Modèles de concept
Prototypes visuels (non fonctionnels)
PETP (polytéréphtalate d’éthylène-glycol)Compatible avec une impression à température plus faible pour une production plus rapide
Résistant à l’humidité et aux produits chimiques
Grande transparence
De qualité alimentaire
Applications résistantes à l’eau
Composants assemblables par encliquetage
NylonSolide, durable et léger
Robuste et partiellement flexible
Résistant à la chaleur et aux impacts
Très complexe à imprimer en FDM
Prototypes fonctionnels
Pièces résistantes à l’usure
TPU (polyuréthane thermoplastique)Flexible et élastique
Résistant aux impacts
Excellent amortissement des vibrations
Prototypes flexibles
PVA (alcool polyvinylique)Matériau de support soluble
Se dissout dans l’eau
Matériau de support
HIPS (polystyrène à impact élevé)Matériau de support soluble le plus souvent utilisé avec l’ABS
Se dissout dans le limonène chimique
Matériau de support
Composites (fibre de carbone, kevlar, fibre de verre)Rigide, solide ou extrêmement robuste
Compatibilité limitée à certaines imprimantes 3D FDM industrielles très onéreuses
Prototypes fonctionnels
Gabarits, fixations et outillage

Impression 3D SLA

La stéréolithographie a été l’une des premières techniques d’impression 3D, inventée au début des années 1980. Elle reste l’une des plus utilisées par les professionnels. 

Les pièces imprimées par stéréolithographie ont l’exactitude et la résolution les plus hautes, les détails les plus précis et les finitions de surface les plus lisses de tous les procédés d’impression 3D plastique. L’impression 3D en résine est une très bonne option pour les prototypes très détaillés nécessitant des tolérances serrées et des surfaces lisses, tels que des moules, des modèles et des pièces fonctionnelles. Les pièces imprimées par stéréolithographie peuvent aussi être extrêmement polies et/ou peintes après impression, pour donner des pièces finales avec des finitions de surface très détaillées.

Les pièces produites par impression 3D SLA sont en général isotropes. Leur solidité est plus ou moins cohérente, quelle que soit leur orientation, car les liens chimiques se créent entre chaque couche. Cela permet d’obtenir des pièces aux propriétés mécaniques prévisibles, essentielles pour les applications comme des gabarits et fixations, des pièces finales et des prototypes fonctionnels.

La SLA offre la gamme la plus large de matériaux pour l’impression 3D plastique.

Matériaux d’impression 3D SLA les plus utilisés

L’impression 3D SLA est très polyvalente. Elle propose des formulations de résine dotées d’une vaste gamme de propriétés optiques, mécaniques et thermiques qui correspondent aux thermoplastiques standards utilisés en ingénierie et dans l’industrie.

Matériaux FormlabsCaractéristiquesApplications
Résines standardHaute résolution
Finition de surface lisse et mate
Modèles de concept
Prototypes visuels (non fonctionnels)
Clear ResinLe seul matériau vraiment transparent pour l’impression 3D plastique
Peut être poli jusqu’à l’obtention d’une transparence presque parfaite
Pièces qui nécessitent une transparence optique
Millifluides
Draft ResinL’un des matériaux les plus rapides pour l’impression 3D
4 fois plus rapide que les résines standard et jusqu’à 10 fois plus rapide que le FDM
Prototypes initiaux
Itérations rapides
Tough Resin et Durable ResinMatériaux solides, robustes, fonctionnels et dynamiques
Peuvent supporter des compressions, des étirements, des flexions et des chocs sans casser
Différents matériaux dotés de propriétés similaires à celles de l’ABS ou du PE
Boîtiers et logements
Gabarits et fixations
Connecteurs
Prototypes d’usure
Résines RigidMatériaux hautement chargés, solides et rigides qui résistent aux déformations
Résistants à la température et aux produits chimiques
Stabilité dimensionnelle sous contrainte
Gabarits, fixations et outillage
Pales de turbines et de ventilateurs
Composants pour flux liquides et gazeux
Boîtiers électriques et automobiles
High Temp ResinThermorésistance élevée
Haute précision
Flux de fluides, d’air et de gaz chauds
Supports, boîtiers et fixations résistants à la chaleur
Moules et inserts
Résines Flexible et ElasticFlexibilité du caoutchouc, du TPU ou du silicone
Peut supporter le pliage, la flexion et la compression
Résiste à des contraintes cycliques sans se déchirer
Prototypage de produits de consommation
Réalisation d’éléments conformes pour la robotique
Dispositifs médicaux et modèles anatomiques
Accessoires et maquettes pour effets spéciaux.
Résines médicales et dentairesUne large gamme de résines biocompatibles pour produire des dispositifs médicaux et des appareils dentairesDispositifs dentaires et médicaux, tels que des guides chirurgicaux, des prothèses dentaires et des prothèses classiques
Résines de joaillerieMatériaux pour la fonderie à modèle perdu et le moulage en caoutchouc vulcanisé
Facile à mouler, avec des détails complexes et une bonne tenue de la forme
Pièces d’essayage
Masters de moules réutilisables
Joaillerie personnalisée
Ceramic ResinFini semblable à de la pierre
Peut être cuite pour obtenir des pièces entièrement en céramique
Recherche en ingénierie
Œuvres d’art et de design
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Impression 3D SLS

 

L’impression 3D à frittage sélectif par laser (SLS) est appréciée des ingénieurs et fabricants de divers secteurs pour sa capacité à produire des pièces fonctionnelles et solides. Un faible coût par pièce, une productivité élevée et des matériaux bien rodés sont les caractéristiques qui la rendent idéale pour bon nombre d’applications parmi lesquelles le prototypage rapide et la fabrication de séries de petite taille, de complément ou sur mesure.

La poudre non fondue supporte la pièce pendant l’opération, ce qui évite d’avoir à lui ajouter des structures de support. En cela, le procédé SLS est idéal pour des pièces à géométrie complexe, présentant des formes internes ou en creux, des contre-dépouilles ou des parois fines. 

Les pièces produites par SLS, comme celles imprimées par SLA, sont en général plus isotropes que les pièces imprimées par FDM. Les pièces fabriquées par SLS présentent des surfaces légèrement rugueuses, dues aux particules de poudre, mais les lignes de couches ne sont presque pas visibles.

Les matériaux pour l’impression 3D SLS sont idéaux pour diverses applications fonctionnelles, allant de l’ingénierie de produits de consommation à la production industrielle et aux soins de santé.

Matériaux d’impression 3D SLS les plus utilisés

Le choix de matériaux pour le SLS est limité, en comparaison avec le FDM et la SLA. En revanche, les matériaux disponibles ont d’excellentes caractéristiques mécaniques, dont la solidité se rapproche des pièces obtenues en moulage par injection. Le matériau le plus utilisé en SLS est le nylon, thermoplastique courant en ingénierie, dont les propriétés mécaniques sont excellentes. Le nylon est léger, solide et flexible. Il résiste également aux chocs, aux produits chimiques, à la chaleur, aux UV, à l’eau et à la saleté.

MatériauDescriptionApplications
Nylon 12 PowderSolide, rigide, robuste et durable
Résistant aux chocs et à un usage intensif et répété
Résistant aux UV, à la lumière, à la chaleur, à l’humidité, aux solvants, à la température et à l’eau
Prototypage fonctionnel
Pièces finales
Dispositifs médicaux
Nylon 11 PowderPropriétés similaires à Nylon 12 Powder, avec néanmoins une élasticité, un allongement à la rupture et une résistance à l’impact supérieurs, mais une rigidité plus faible.Prototypage fonctionnel
Pièces finales
Dispositifs médicaux
TPUSouple, élastique et caoutchouteux
Résistant à la déformation
Stabilité élevée face aux UV
Grande absorption des chocs
Prototypage fonctionnel
Pièces finales souples et d’aspect caoutchouteux
Dispositifs médicaux
Composites en nylonMatériaux en nylon renforcés avec du verre, de l’aluminium ou de la fibre de carbone pour une plus grande solidité et rigidité.Prototypage fonctionnel
Pièces finales structurelles
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Comparaison des matériaux et processus pour l’impression 3D plastique

Les matériaux et processus d’impression 3D ont leurs propres forces et faiblesses, qui les rendent adaptés à différentes applications. Le tableau suivant est un bon résumé des caractéristiques et considérations principales.

FDMSLASLS
AvantagesFaibles coûts des matériaux et appareils disponiblesExcellent rapport qualité-prix
Haute précision
Finition de surface lisse
Gamme de matériaux fonctionnels
Pièces fonctionnelles solides
Liberté de conception
Pas besoin de structures de support
InconvénientsFaible précision
Faible niveau de détails
Compatibilité de conception limitée
Machines industrielles au coût élevé lorsque des matériaux de haute performance et de la précision sont recherchés
Sensible à une exposition prolongée aux UVMatériel plus cher
Choix de matériaux réduit
ApplicationsPrototypage rapide et peu coûteux
Modèles basiques de démonstration de faisabilité
Pièces finales spécifiques avec des machines et des matériaux industriels haut de gamme
Prototypage fonctionnel
Modèles, moules, et outillage
Applications dentaires
Prototypage et moulage en joaillerie
Modèles et accessoires
Prototypage fonctionnel
Production industrielle rapide, en petite série, en complément ou sur mesure
MatériauxThermoplastiques standards, tels que l’ABS, le PLA et leurs variantes sur des machines pour particuliers Composites de haute performance sur des machines industrielles onéreusesVariantes de résines (plastiques thermodurcissables). Résines standard, techniques (similaires à l’ABS ou au polypropylène, souples, résistantes à la chaleur), coulables, dentaires et médicales (biocompatibles).Thermoplastiques techniques. Nylon 11 Powder, Nylon 12 Powder et leurs composés, élastomères thermoplastiques comme le TPU.

Impression 3D en métal

Au-delà des plastiques, de nombreux procédés d’impression 3D sont disponibles pour des objets en métal. 

  • FDM en métal

Les imprimantes FDM pour le métal fonctionnent comme les autres imprimantes FDM, mais utilisent des tiges en métal rigidifiées par des liants en polymère. Les pièces brutes terminées sont ensuite soumises à un frittage dans un fourneau pour en retirer le liant. 

  • La fusion sélective par laser (SLM) et le frittage direct par laser du métal (DMLS) 

Les imprimantes à fusion sélective par laser et à frittage direct par laser du métal fonctionnent comme les imprimantes SLS, mais au lieu de fondre des poudres en polymère, elles fondent des particules de poudre de métal couche par couche à l’aide d’un laser. Ces imprimantes 3D peuvent créer des produits en métal solides, précis et complexes. Ce procédé est donc idéal pour l’aérospatiale, l’automobile et les applications médicales.

Matériaux d’impression 3D en métal les plus utilisés

  • Le Titane est léger et présente d’excellentes propriétés mécaniques. Il est solide, dur et très résistant à la chaleur, à l’oxydation et à l’acide.

  • L’acier inoxydable offre une grande résistance, une grande ductilité et résiste à la corrosion.

  • L’aluminium est léger, durable, solide et présente de bonnes propriétés thermiques.

  • L’acier à outils est un matériau dur et résistant aux rayures, destiné à imprimer des outils d’utilisation finale et autres pièces très solides.

  • Les alliages de nickel offrent une grande solidité à la traction, au fluage et à la rupture et résistent à la chaleur et à la corrosion.

Alternatives à l’impression 3D en métal

L’impression 3D en métal est significativement plus chère et complexe que les technologies d’impression 3D plastique, ce qui limite son accessibilité pour la plupart des entreprises.

Au contraire, l’impression 3D SLA convient très bien aux processus de moulage pour produire des pièces métalliques à moindre coût, avec une plus grande liberté de conception et des délais plus courts que les méthodes traditionnelles. 

Une alternative est la galvanoplastie de pièce imprimée par stéréolithographie, qui implique l’enrobage d’un matériau plastique par une couche de métal par électrolyse. Elle combine les meilleures qualités du métal : solidité, conductivité électrique et résistance à la corrosion et à l’abrasion, avec les propriétés spécifiques du matériau primaire (le plus souvent le plastique).

L’impression 3D plastique est bien adaptée à la création de modèles qui serviront de moulages pour produire des pièces en métal.

Méthode pour choisir le matériau d’impression 3D adéquat

Comment faire le bon choix parmi toutes ces possibilités de matériaux et de techniques d’impression 3D ?

Voici notre méthode en trois étapes pour choisir le bon matériau d’impression 3D pour votre application.

Étape 1 : définir les performances requises

Les plastiques utilisés pour l’impression 3D présentent des caractéristiques chimiques, optiques, mécaniques et thermiques différentes qui déterminent le comportement des pièces imprimées en 3D. Plus l’usage prévu se rapproche d’une utilisation dans le monde réel, plus les performances requises sont importantes.

BesoinDescriptionRecommandation
Performances faiblesPour le prototypage d’ajustement et de forme, la modélisation de concepts et la recherche et développement, les pièces imprimées ne doivent répondre qu’à des performances techniques faibles.

Exemple : un prototype en forme de louche pour un test d’ergonomie. Pas de performance requise au-delà de la finition de surface.
FDM : PLA
SLA : Résines standard, Clear Resin (pièce transparente), Draft Resin (impression rapide)
Performance moyennePour des usages de validation ou de préproduction, les pièces imprimées doivent se rapprocher le plus possible des pièces finales produites pour des tests fonctionnels, mais ne nécessitent pas une durée de vie élevée.

Exemple : un boîtier pour protéger des composants électroniques d’un choc soudain. Les performances requises sont la capacité à absorber le choc, l’emboîtement du boîtier et sa résistance à la déformation.
FDM : ABS
SLA : Résines techniques
SLS : Nylon 11 Powder, Nylon 12 Powder, TPU
Performance élevéePour les pièces finales, l’impression 3D doit supporter une usure significative pendant une période donnée, que ce soit une journée, une semaine ou plusieurs années.

Exemple : semelles de chaussures. Les performances requises consistent en des tests de durée de vie stricts, avec cycles charge-décharge, la tenue de la couleur sur plusieurs années et d’autres exigences comme la résistance au déchirement.
FDM : Composites
SLA : Résines techniques, médicales, dentaires ou de joaillerie
SLS : Nylon 11 Powder, Nylon 12 Powder, TPU, composites en nylon

Étape 2 : traduire les performances requises en matériaux requis

Une fois identifiées les performances requises pour votre produit, l’étape suivante est la traduction en exigences matérielles, en fonction des propriétés du matériau qui répondra à ces besoins de performance. Vous trouverez généralement ces données sur les fiches techniques des matériaux.

BesoinDescriptionRecommandation
Résistance à la rupture par tractionFaculté du matériau à ne pas se rompre lorsqu’il est soumis à une tension. Une haute résistance à la rupture par traction est importante pour des pièces structurelles, porteuses, mécaniques ou statiques.FDM : PLA
SLA : Clear Resin, Rigid Resin
SLS : Nylon 12 Powder, composites en nylon
Module de flexionFaculté du matériau à ne pas plier sous la charge. C’est un bon indicateur de la rigidité (module élevé) ou de la souplesse (module faible) d’un matériau.FDM : PLA (élevé), ABS (moyen)
SLA : Rigid Resin (élevé), Tough Resin et Durable Resin (moyen), Flexible Resin et Elastic Resin (faible)
SLS : Composites en nylon (élevé), Nylon 12 Powder (moyen)
AllongementFaculté du matériau à ne pas se rompre lorsqu’il est étiré. Il permet de comparer la souplesse des matériaux en fonction de leur capacité d’allongement. Il indique également si un matériau va d’abord se déformer ou s’il se rompt soudainement.FDM : ABS (moyen), TPU (élevé)
SLA : Tough Resin et Durable Resin (moyen), Flexible Resin et Elastic Resin (élevé)
SLS : Nylon 12 Powder (moyen), Nylon 11 Powder (moyen), TPU (élevé)
Résistance aux chocsCapacité du matériau à absorber l’énergie d’un choc sans se rompre. Elle caractérise la ténacité et la durabilité du matériau et permet de savoir dans quelle mesure une pièce se cassera lorsqu’elle tombe sur le sol ou se heurte à un autre objet.FDM : ABS, Nylon
SLA : Tough 2000 Resin, Tough 1500 Resin, Grey Pro Resin, Durable Resin
SLS : Nylon 12 Powder, Nylon 11 Powder
Température de fléchissement sous chargeTempérature à laquelle un échantillon se déforme lorsqu’il est soumis à une charge donnée. C’est un bon indicateur de la capacité d’un matériau à supporter de hautes températures.SLA : High Temp Resin, Rigid Resin
SLS : Nylon 12 Powder, composites en nylon
Dureté (duromètre)Résistance du matériau à la déformation de surface. Elle permet de trouver la dureté convenable pour les plastiques souples, comme le caoutchouc ou l’élastomère pour des applications particulières.FDM : TPU
SLA : Flexible Resin, Elastic Resin
SLS : TPU
Résistance au déchirementRésistance du matériau à la formation de déchirures lorsqu’il est soumis à une tension. A son importance pour estimer la durabilité et la résistance au déchirement des plastiques souples et des matériaux flexibles comme le caoutchouc.FDM : TPU
SLA : Flexible Resin, Elastic Resin, Durable Resin
SLS : Nylon 11 Powder, TPU
FluageTendance d’un matériau à se déformer de manière permanente sous l’influence d’une contrainte constante : traction, compression, cisaillement ou flexion. Un fluage faible est un indicateur de longévité pour les plastiques durs et est crucial pour les pièces structurelles.FDM : ABS
SLA : Rigid Resin
SLS : Nylon 12 Powder, composites en nylon
Déformation permanente par compressionDéformation permanente après compression du matériau. Cette propriété, importante pour des objets élastiques ou en plastique souple, indique si le matériau va reprendre sa forme initiale après le retrait de la charge.FDM : TPU
SLA : Flexible Resin, Elastic Resin
SLS : TPU

Pour encore plus de détails sur les propriétés des matériaux, consultez notre guide sur les propriétés mécaniques et thermiques les plus courantes.

Étape 3 : faire une sélection

Une fois les performances requises traduites en matériaux requis, vous devriez le plus souvent arriver à un seul matériau ou à un petit groupe de matériaux qui pourraient convenir à votre application. 

Si plusieurs matériaux remplissent vos conditions, vous pouvez alors prendre en compte plus de paramètres, comme les avantages, les inconvénients et les compromis des différents matériaux et processus pour effectuer votre choix final.

Trouvez le meilleur matériau d’impression 3D pour votre projet.

Découvrez notre guide interactif des matériaux pour vous aiguiller parmi notre gamme de résines en constante augmentation et vous aider à faire le bon choix en fonction de votre application et des propriétés qui vous importent le plus. Vous avez des questions spécifiques sur les matériaux d’impression 3D ? Contactez nos experts.

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