Filament TPU pour pièces 3D en série
Comment bien imprimer du filament TPU ?
Pourquoi imprimer avec un filament flexible ?
Les polymères flexibles ont de nombreuses applications dans divers domaines, notamment dans les domaines du sport, de l’industrie automobile, de l’électronique, en raison de leur capacité à se plier et à s’adapter à différentes formes sans perdre leurs propriétés fondamentales.
En fabrication additive nous l’utilisons aussi pour leur capacité à absorber les chocs, son excellente liaison inter-couche et sa capacité à résister à de nombreux solvants.
Recommandations pour du filament TPU
L’utilisation de filaments flexibles en impression 3D nécessite certaines considérations spécifiques en raison des propriétés mécaniques particulières de ces matériaux. Voici quelques recommandations générales pour l’impression 3D avec des filaments flexibles :
Choix du filament : Il existe différents types de filaments flexibles tels que le TPU (polyuréthane thermoplastique), le TPE (élastomère thermoplastique) et le TPC (copolyester thermoplastique). Choisir le bon type de filament dépend de l’application spécifique et des propriétés mécaniques requises. La dureté Shore est un critère important, plus le Shore A est faible plus il est compliqué à extruder. En FDM on peut atteindre un Shore A de 60, en dessous il faudra passer par une autre technologie de fabrication additive telle que l’extrusion de Silicone.
Extrudeur : Utilisez un extruder adapté aux filaments flexibles. Les Direct-Drive sont souvent préférables aux extrudeurs Bowden car elles réduisent le risque de compression du filament flexible dans le tube d’alimentation. En Bowden on peut utiliser un flexible jusqu’à 90A. En Direct Drive on peut atteindre 60A.
Température d’extrusion : Les températures d’extrusion pour les filaments flexibles sont généralement plus basses que celles utilisées pour les filaments rigides. Suivez les recommandations du fabricant pour déterminer la température optimale d’extrusion.
Plateau chauffant : Un plateau chauffant peut aider à maintenir une bonne adhérence du filament flexible à la plateforme d’impression. Cependant, pour certains types de filaments flexibles, un plateau chauffant n’est pas nécessaire.
Vitesse d’impression : Réduisez la vitesse d’impression par rapport à celle utilisée pour les filaments rigides. Les filaments flexibles sont plus sensibles à la vitesse d’impression, et une réduction de la vitesse peut aider à éviter des problèmes tels que le « stringing » (formation de fils entre les parties du modèle).
Rétraction : Utilisez une rétraction minimale pour réduire le risque de bourrage dans l’extrudeuse. Trop de rétraction peut causer des problèmes avec les filaments flexibles.
Adhérence du lit : Certains filaments flexibles peuvent nécessiter l’utilisation de surfaces d’impression spéciales, telles que des surfaces flexibles ou des plateaux d’impression avec revêtements adhérents. Chez Bombyx Prod, le scotch 3M 202 fonctionne à merveille.
Humidité : attention le TPU est très hydrophile, prenez vos précautions de stockage, il est aussi préférable de l’étuver quelques heures avant son utilisation.
Avant d’imprimer avec un nouveau filament flexible, il est toujours recommandé de consulter les recommandations du fabricant du filament spécifique que vous utilisez, car les propriétés peuvent varier d’un matériau à l’autre.
Pourquoi utiliser du filament TPU ?
Quand utiliser des filaments TPU ?
Le choix d’utiliser un filament 3D flexible dépend de l’application spécifique et des exigences du projet. Voici quelques situations où l’utilisation de polymères flexibles peut être particulièrement avantageuse :
Applications nécessitant une flexibilité : Cela peut inclure des pièces ou des composants qui doivent être flexibles pour s’adapter à des mouvements, des déformations ou des formes variées. Par exemple, dans la fabrication de joints d’étanchéité, de revêtements souples ou de pièces d’assemblage flexibles.
Protection contre les chocs : Les polymères flexibles ont la capacité d’absorber les chocs et les vibrations, ce qui les rend adaptés aux applications où la protection contre les impacts est cruciale. Cela peut inclure des composants d’équipement sportif, des emballages de protection, des revêtements anti-choc, etc.
Conception ergonomique : Lorsqu’une conception ergonomique est nécessaire, les filaments flexibles pour l’impression 3D offrent la possibilité de créer des produits plus confortables, comme des poignées d’outils, des parties de dispositifs médicaux, des pièces de vêtements, etc.
Applications médicales : Certains TPU flexibles sont utilisés dans la fabrication de dispositifs médicaux en raison de leur biocompatibilité et de leur capacité à s’adapter aux mouvements du corps. Cela peut inclure des cathéters, des prothèses, des implants souples, etc.
Électronique flexible : Les polymères flexibles sont utilisés dans la fabrication de dispositifs électroniques flexibles tels que les écrans pliables, les capteurs flexibles et d’autres composants électroniques qui nécessitent une certaine flexibilité. On trouve aussi des applications dans les TPU ESD ( capacité à conduire l’électricité statique )
Industrie automobile : Dans l’industrie automobile, les filaments 3D flexibles sont utilisés pour des applications telles que les joints d’étanchéité, les isolateurs de vibrations, les pare-chocs et d’autres composants qui doivent résister aux mouvements,aux chocs et aux fluides.
Textiles techniques : Les TPU/TPE sont utilisés dans la fabrication de textiles techniques pour créer des vêtements, des chaussures et des équipements sportifs qui offrent à la fois confort et flexibilité.
Il faut prendre en compte les propriétés spécifiques du polymère flexible utilisé, car différents types de polymères flexibles peuvent avoir des caractéristiques mécaniques, thermiques et chimiques différentes. La sélection du matériau doit donc être basée sur les exigences fonctionnelles de l’application.
Caractéristiques des filaments TPU
Les filaments flexibles, tels que le TPU (polyuréthane thermoplastique) et le TPE (élastomère thermoplastique) ou parfois les copolymères, présentent plusieurs caractéristiques distinctives en raison de leur nature élastomérique. Voici quelques-unes des caractéristiques courantes des filaments flexibles :
Élasticité : Les polymères flexibles sont connus pour leur grande élasticité. Ils peuvent être étirés et déformés de manière répétée sans subir de déformations permanentes.
Flexibilité : Ces filaments sont très flexibles, ce qui signifie qu’ils peuvent être pliés et tordus sans se casser. Cette propriété les rend adaptés à des applications où une certaine souplesse est nécessaire.
Résistance aux chocs : Les filaments flexibles ont une bonne capacité d’absorption des chocs, ce qui les rend appropriés pour des applications où une protection contre les impacts est nécessaire.
Bonne adhérence entre les couches : Les filaments flexibles ont généralement une bonne adhérence entre les couches lors de l’impression 3D, ce qui contribue à la stabilité et à l’intégrité structurelle des objets imprimés.
Résistance chimique : Certains filaments flexibles présentent une résistance chimique, ce qui les rend appropriés pour des applications dans des environnements où ils pourraient être exposés à des produits chimiques ou à des solvants.
Plage de température : la plage de température des filaments 3D Flexibles est en général très large et peuvent être utilisés de manière courante à des températures négatives.
Avantages des filaments TPU
Le TPU (polyuréthane thermoplastique) présente plusieurs avantages qui en font un matériau prisé dans diverses applications. Voici quelques-uns de ses avantages principaux :
Élasticité élevée : Le TPU est connu pour sa grande élasticité. Il peut être étiré et déformé de manière répétée sans subir de déformations permanentes, ce qui le rend idéal pour des applications nécessitant une résilience élevée.
Flexibilité : Ses propriétés élastiques le rendent adapté à la fabrication de pièces d’assemblage flexibles et de composants nécessitant une certaine souplesse.
Résistance à l’usure : Le TPU offre une bonne résistance à l’usure, ce qui en fait un choix approprié pour des applications telles que les semelles de chaussures, les pièces d’équipement sportif et d’autres applications soumises à une abrasion régulière.
Absorption des chocs : Le TPU a la capacité d’absorber les chocs, ce qui le rend adapté à des applications où une protection contre les impacts est cruciale. Cela peut inclure des équipements de protection, des revêtements anti-choc et d’autres applications similaires.
Résistance chimique : Certains types de TPU présentent une bonne résistance chimique, les rendant appropriés pour des applications où le matériau pourrait être exposé à des produits chimiques ou à des solvants.
Impression 3D : Le TPU est couramment utilisé en impression 3D en raison de sa capacité à être extrudé à des températures relativement basses par rapport à d’autres filaments. Il peut être utilisé pour créer des pièces flexibles et élastiques avec une grande précision.
Large gamme de duretés : Le TPU est disponible dans différentes duretés, mesurées en Shore A, ce qui permet aux utilisateurs de choisir le niveau de flexibilité adapté à leurs besoins spécifiques.
Biocompatibilité : Certains types de TPU sont biocompatibles, ce qui les rend adaptés à des applications médicales telles que la fabrication de cathéters, de prothèses et d’autres dispositifs médicaux souples.
Variété de couleurs : Le TPU est disponible dans une large gamme de couleurs, ce qui offre une flexibilité en termes de conception et d’esthétique pour les applications où l’apparence est importante.
Ces avantages font du TPU un choix polyvalent pour de nombreuses applications, de l’industrie à la fabrication de produits de consommation. Il est important de noter que les propriétés spécifiques du TPU peuvent varier en fonction de la formulation du matériau, n’hésitez pas à nous demander conseils.
Inconvénients des filaments TPU
Bien que les filaments flexibles, tels que le TPU (polyuréthane thermoplastique) et le TPE (élastomère thermoplastique), présentent de nombreux avantages, ils peuvent également avoir quelques inconvénients. Voici quelques-uns des inconvénients potentiels associés à l’utilisation de filaments flexibles en impression 3D :
Difficultés d’impression : Les filaments flexibles peuvent être plus difficiles à imprimer que les filaments rigides en raison de leur flexibilité. Ils ont tendance à être sensibles à la vitesse d’impression et à la rétraction, ce qui peut entraîner des problèmes tels que le stringing (formation de fils entre les parties du modèle) et le bourrage de l’extrudeur.
Nécessité d’un extrudeur adapté : L’utilisation de filaments flexibles peut nécessiter un extrudeur spécial sur une imprimante 3D. Les Direct-Drive sont souvent recommandés par rapport aux Bowden, car elles réduisent le risque de compression du filament dans le tube d’alimentation, même si Bombyx Prod nous utilise couramment du flexible 90 Shore A.
Température d’extrusion plus basse : Les filaments flexibles ont généralement une plage de température d’extrusion plus basse par rapport aux filaments rigides. Cela peut nécessiter un ajustement des paramètres d’impression par rapport à ce que l’on utiliserait pour des filaments plus rigides.
Adhérence au lit d’impression : Les polymères flexibles peuvent être plus difficiles à faire adhérer au lit d’impression, en particulier lorsqu’ils sont imprimés sans plateau chauffant. Le choix du bon revêtement de lit ou l’utilisation d’une surface adhérente peut être nécessaire.
Moindre précision pour certains détails : En raison de leur nature élastique, les filaments flexibles peuvent ne pas offrir la même précision pour certains détails fins par rapport aux filaments 3D rigides.
Moindre résistance mécanique : Bien que les pièces imprimées en 3D avec des filaments flexibles soient élastiques, ils peuvent avoir une résistance mécanique inférieure par rapport à certains filaments rigides. Cela dépend du type spécifique de filament flexible et de ses propriétés.
Sensibilité à l’humidité : Certains filaments flexibles peuvent être sensibles à l’humidité, ce qui peut affecter leurs propriétés d’impression. Il est recommandé de stocker ces filaments dans des conditions sèches pour éviter tout problème lié à l’absorption d’humidité et de l’étuver quelques heures avant son utilisation.
Compatibilité matérielle limitée : Les filaments flexibles peuvent ne pas être compatibles avec certaines imprimantes 3D et systèmes d’extrudeuses. Il est important de vérifier la compatibilité avec le matériel avant de choisir un filament flexible.
Différences du filament TPU par rapport aux autres plastiques
Résistance à l’usure et à l’abrasion
Les TPU (polyuréthane thermoplastique) présentent généralement des propriétés spécifiques qui les rendent adaptés à certaines applications. Comparons cela aux filaments plus classiques tels que le PLA (acide polylactique) et l’ABS (acrylonitrile butadiène styrène) :
TPU (Polyuréthane thermoplastique) :
Les TPU sont souvent choisis pour leur excellente résistance à l’abrasion et à l’usure. Leur élasticité contribue à une meilleure résistance aux chocs et à l’usure, ce qui les rend appropriés pour des applications où le matériau est soumis à des contraintes mécaniques fréquentes.
Les semelles de chaussures, les roues de patins à roulettes, et d’autres applications similaires qui nécessitent une résistance à l’abrasion et une certaine flexibilité peuvent bénéficier de l’utilisation de TPU.
PLA (Acide polylactique) :
Le PLA a généralement une résistance à l’abrasion inférieure par rapport aux TPU. Bien que le PLA soit rigide et facile à imprimer, il peut montrer des signes d’usure plus rapidement dans des applications soumises à des contraintes mécaniques importantes.
ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) :
L’ABS offre une résistance à l’abrasion meilleure que le PLA mais peut être inférieure à celle des TPU dans certaines conditions. Bien que l’ABS soit plus flexible que le PLA, il peut ne pas correspondre à la résistance à l’usure des TPU dans des situations où une flexibilité élevée est nécessaire.
Résistance aux huiles et solvants
En ce qui concerne la résistance aux huiles et solvants, il est important de noter que la résistance chimique des polymères peut varier en fonction de leur formulation spécifique. Cependant, de manière générale, voici comment les TPU (polyuréthane thermoplastique) se comparent aux filaments plus classiques
TPU (Polyuréthane thermoplastique) :
Certains types de TPU peuvent offrir une résistance chimique relativement élevée, ce qui les rend appropriés pour des applications où le matériau peut être exposé à des huiles et solvants. La flexibilité inhérente du TPU peut également contribuer à sa capacité à résister à certaines contraintes chimiques sans se dégrader significativement.
PLA (Acide polylactique) :
Le PLA n’est généralement pas aussi résistant aux huiles et solvants que le TPU. Le PLA est dérivé de sources naturelles, mais il peut se dégrader plus facilement en présence de certains produits chimiques.
ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) :
L’ABS offre une meilleure résistance aux huiles et solvants par rapport au PLA. Cependant, la résistance chimique de l’ABS peut varier en fonction de la formulation spécifique, et il peut y avoir des limitations dans des environnements plus agressifs.
Résistance aux chocs
Plusieurs notions sont à prendre en compte dans la Résistance aux chocs :
TPU : Les TPU offrent une excellente résistance aux chocs en raison de leur capacité à absorber l’énergie d’impact et à retrouver leur forme initiale après déformation.
PLA et ABS : Bien que l’ABS soit généralement plus résistant aux chocs que le PLA en raison de sa plus grande flexibilité, ces filaments peuvent montrer des signes de fragilité sous des contraintes de choc élevées.
Ductilité : Les TPU sont très ductiles, ce qui signifie qu’ils peuvent subir des déformations importantes avant de se rompre. Cette caractéristique contribue à leur résistance aux chocs. Le PLA est généralement moins ductile que l’ABS, mais la ductilité peut varier en fonction de la formulation spécifique.
Température de Transition Vitreuse (Tg) :
TPU : Les TPU ont généralement une température de transition vitreuse plus basse que celle de l’ABS. Cela signifie que les TPU peuvent conserver leur élasticité à des températures plus basses.
PLA et ABS : L’ABS a une Tg plus élevée que le PLA, ce qui peut affecter ses propriétés mécaniques à des températures plus basses.