Quel est le matériau le plus résistant pour l’impression 3D ? Un guide complet sur la résistance des matériaux

Les notions de résistance et de ténacité sont souvent confondues. Le verre (verre sodocalcique, le type de verre le plus répandu) est un matériau solide. Il a presque la même résistance à la flexion que l’aluminium lorsqu’il est trempé, tout en étant plus léger et tout aussi rigide. Pourtant, nous ne construisons pas d’avions en verre, au contraire, le terme verre est souvent synonyme de fragilité. La raison en est la ténacité : le verre, comme la plupart des matériaux céramiques, n’est pas tenace. Le verre est environ 40 fois moins résistant que l’aluminium, et ce manque de ténacité le rend inutilisable pour de nombreuses applications techniques, car il ne peut pas redistribuer les tensions internes ni résister aux chocs et aux charges dynamiques.

En impression 3D, un phénomène similaire se produit avec deux des filaments les plus populaires. On entend parfois dire que « l’ABS est plus solide que le PLA », mais ce n’est pas vrai. Le PLA est beaucoup plus solide et rigide que l’ABS (environ une fois et demie, selon le filament). L’ABS est plus tenace, et c’est précisément cette ténacité qui en fait un matériau technique très recherché.

Mais quel est le matériau d’impression 3D le plus résistant ? Quel est le matériau le plus résistant ? En matière d’impression 3D, la détermination de la résistance ou de la ténacité des pièces imprimées en 3D dépend fortement de la technologie d’impression et du matériau choisis, car chacun offre un équilibre différent entre la résistance à la traction et la résistance aux chocs.

En se basant sur le portefeuille de matériaux de notre partenaire Formlabs, ce guide compare les propriétés mécaniques des matériaux les plus courants, notamment le PLA, l’ABS, le nylon, les composites à base de fibres de carbone, les plastiques de stéréolithographie (SLA) et les poudres pour le frittage sélectif par laser (SLS), ainsi que les technologies d’impression 3D les plus courantes, à savoir la modélisation par dépôt en fusion (Fused Deposition Modeling - FDM), le SLA et le SLS, et d’autres facteurs qui influencent la résistance des matériaux.

Comprendre les matériaux : La définition de la résistance dans l’impression 3D

La résistance est importante lorsque l’on imprime des pièces fonctionnelles telles que des outils, des dispositifs, des supports ou d’autres pièces qui doivent résister à des contraintes réelles. Cependant, le terme de résistance peut avoir des définitions très différentes. Lorsqu’une pièce est décrite comme « solide », cela peut signifier qu’elle résiste à une charge élevée, qu’elle est résistante aux chocs et à la rupture ou qu’elle résiste à la chaleur et à d’autres facteurs environnementaux.

En science des matériaux, le terme de résistance a une définition plus étroite : il s’agit de la charge maximale qu’une pièce peut supporter sans se rompre. La charge est la force exercée divisée par la surface de la section de la pièce, afin de tenir compte des différences de géométrie. Une autre propriété importante liée au comportement d’un matériau sous charge est la rigidité. La rigidité est le degré d’allongement ou de déformation provoqué par une unité de charge donnée. La résistance et la rigidité peuvent être mesurées par traction (résistance à la traction) ou par flexion (résistance à la flexion). La résistance et la rigidité sont les propriétés les plus pertinentes pour un cas de charge dans lequel un composant doit supporter une charge statique lourde, comme un support. Toutes les charges ne sont pas statiques, et il existe d’autres propriétés qui caractérisent la performance du matériau dans des cas de charge plus dynamiques, tels que les chocs.

Lorsque nous parlons de la ténacité des matériaux, nous décrivons la capacité d’un matériau à absorber de l’énergie et à se déformer plastiquement sans se rompre. Il existe plusieurs façons de mesurer la ténacité. L’une d’entre elles consiste à mesurer l’énergie absorbée par un marteau balancé par un pendule ou par un poids qui tombe. C’est ce que l’on appelle la résistance aux chocs. Ces mesures ont des unités d’énergie (souvent J, J/m ou J/m2), contrairement à la résistance qui est mesurée en force par surface (généralement en pascals ou PSI). Izod, Charpy et Gardner sont trois types de tests d’impact populaires. La ténacité peut également être caractérisée d’autres manières, par exemple en mesurant l’énergie nécessaire pour permettre à une fissure de se propager. La ténacité est importante si vous avez besoin d’une pièce qui doit résister à des charges dynamiques extrêmes, comme un boîtier de protection.

Avant de comparer les matériaux d’impression 3D, il est important de clarifier la signification des propriétés mécaniques utilisées pour mesurer la résistance. Dans l’impression 3D, la résistance est souvent un raccourci pour une combinaison des propriétés mécaniques suivantes : Résistance à la traction, résistance aux chocs, résistance à la flexion, température de déformation thermique (HDT) et rigidité.

Résistance à la traction (résistance à la rupture)

La résistance à la traction mesure la capacité d’un matériau à résister à la rupture sous tension. Il s’agit de la charge maximale qu’un matériau peut supporter lorsqu’il est étiré ou tiré avant de céder. Imaginez que vous tiriez sur une corde aux deux extrémités jusqu’à ce qu’elle se déforme ou se rompe de manière permanente. La force maximale à laquelle il peut résister, divisée par la surface de la section, est la résistance à la rupture.

• Pourquoi c’est important : une résistance à la traction élevée est essentielle pour les pièces qui sont suspendues, qui supportent des charges statiques ou qui sont écartées, comme les crochets de levage ou les supports.
• Mesure : tension (force par surface), généralement en mégapascals (MPa)

Résistance à la flexion

La résistance à la flexion est la capacité d’un matériau à résister à la rupture sous une charge de flexion. Elle est généralement testée à l’aide d’un essai de flexion en trois points, dans lequel un échantillon est maintenu par deux supports et soumis à une charge en son centre. Lors du pliage, une force de traction s’exerce sur une surface, car elle cherche à s’écarter, tandis qu’une force de compression s’exerce sur la surface opposée, car elle est comprimée. Les plastiques ont généralement de très bonnes propriétés lorsqu’ils sont soumis à une charge de compression, et leur résistance à la flexion est généralement plus élevée que lorsqu’ils sont soumis à une charge de traction pure.

• Pourquoi c’est important : une résistance élevée à la flexion est essentielle pour les pièces qui doivent résister à des forces de flexion, comme les poutres, les leviers, les consoles en porte-à-faux et les cadres.
• Mesure : tension (force par surface), généralement en mégapascals (MPa)

Module d’élasticité

Le module d’élasticité, qui décrit le degré de déformation élastique d’un matériau sous l’effet d’une charge, peut être mesuré en traction ou en flexion.

• Pourquoi c’est important : une pièce rigide (module d’élasticité élevé) conserve sa forme sous charge, tandis qu’une pièce flexible (module d’élasticité faible) se déforme ou s’étire. Pour un dispositif de perçage, un module élevé est souhaitable pour garantir que la position de perçage ne se déplace pas sous la charge. Pour un boîtier encliquetable, un équilibre est souhaitable, avec une flexibilité suffisante pour l’encliquetage, mais une rigidité suffisante pour le maintien.
• Mesure : contrainte par unité d’allongement - généralement GPa ou MPa, car l’allongement est traité comme un rapport à la longueur initiale. Même si l’unité est identique à la résistance, la contrainte est mesurée par pourcentage d’allongement. Un matériau dont le module est de 1000 MPa nécessite une contrainte de 10 MPa pour s’allonger de 1 pour cent de sa longueur initiale.

Résistance aux chocs (Izod, Charpy ou Gardner)

La résistance aux chocs mesure la capacité d’un matériau à absorber les chocs et l’énergie soudaine sans se briser. Un matériau présentant une résistance élevée à la traction mais une faible résistance aux chocs (comme le verre ou le PLA standard) est considéré comme « fragile ». Si vous avez besoin d’une pièce qui résiste aux chutes ou aux chocs, veillez à ce qu’elle soit très résistante aux impacts. Pour la résistance aux chocs Izod et Charpy, les échantillons peuvent être « non entaillés » ou « entaillés », une petite encoche en forme de V étant découpée dans la pièce. Cette encoche sert de point de départ à la propagation des fissures et rend le test beaucoup plus difficile.

• Pourquoi c’est important : Déterminant pour les boîtiers de protection, les pièces de drones, les dispositifs, les supports, les outils ou les objets qui pourraient tomber.
• Mesure : énergie absorbée divisée par l’épaisseur ou la surface de l’échantillon d’essai (J/m) ou kJ/m². Pour la résistance aux chocs de Gardner, seule l’énergie est indiquée.

Température de déformation thermique (HDT)

L’HDT est la température à laquelle un polymère se déforme sous une charge donnée. La HDT est la méthode préférée pour comparer la température à laquelle la capacité de charge diminue. La température de transition vitreuse (Tg) est parfois utilisée pour remplacer la HDT et, si cela fonctionne bien pour les thermoplastiques amorphes comme l’ABS, la Tg et la HDT peuvent être très différentes de la HDT pour les matériaux semi-cristallins (nylon, PP) et les thermodurcissables comme les résines SLA.

• Pourquoi c’est important : les pièces « solides » sont inutiles si elles se déforment dans une voiture chaude ou dans un boîtier contenant des composants électroniques. C’est important pour les pièces des assemblages mécaniques, les machines ou les pièces utilisées dans des environnements chauds.
• Mesure : température de défaillance en degrés Celsius (°C) pour une charge de 0,45 MPa ou 1,8 MPa.

FDM vs. SLA vs. SLS : quelle technologie d’impression 3D est la plus forte ?

La résistance à la pression ne dépend pas uniquement du matériau. Qu’il s’agisse de FDM, SLA ou SLS, la technologie d’impression détermine l’intégrité structurelle du produit final. Les différences fondamentales résident dans la qualité d’impression, le coût et la diversité des matériaux.

FDM

Le FDM permet de fabriquer des pièces solides, mais elles sont anisotropes et généralement beaucoup plus faibles le long de l’axe Z.

Les imprimantes FDM construisent des pièces en extrudant du plastique fondu couche par couche. Alors que la liaison à l’intérieur d’une seule couche (axes X et Y) est forte, la liaison entre les couches (axe Z) est beaucoup plus faible, souvent de 30 à 50 pour cent.

SLA

Les imprimantes SLA utilisent un laser pour durcir la résine liquide. Ce processus chimique crée des liaisons covalentes lors de la formation de chaque couche. C’est la raison pour laquelle les pièces SLA sont isotropes : elles présentent une résistance uniforme sur les axes X, Y et Z. Les pièces SLA peuvent être fabriquées à partir d’une seule et même matière.

Les ingénieurs ont plus de liberté de conception avec le SLA qu’avec le FDM. Ils peuvent orienter une pièce pour obtenir un état de surface ou une vitesse d’impression optimaux sans craindre qu’une charge appliquée sous un « mauvais » angle ne provoque un délaminage. Grâce à des résines techniques avancées, le SLA peut surpasser plusieurs filaments FDM en termes de résistance à la traction et de rigidité.

SLS

Les imprimantes SLS utilisent un laser de forte puissance pour fritter une poudre thermoplastique. Comme pour le SLA, le processus de frittage produit des pièces presque isotropes. Le principal avantage des imprimantes SLS-3D est qu’elles ne nécessitent pas de structures de support pour l’impression.

L’impression SLS-3D offre certains des matériaux d’impression 3D les plus résistants, notamment une gamme de poudres de nylon.

FDM vs. SLA vs. SLS : comparaison des points forts des technologies

Détail des matériaux

Comparez les options de matériaux pour déterminer le matériau d’impression 3D le plus résistant pour une application donnée. Des recommandations supplémentaires sont fournies pour les matériaux les plus résistants et les plus thermorésistants pour l’impression FDM, SLA et SLS-3D.

Les matériaux FDM les plus solides, les plus résistants et
les plus résistants à la chaleur

Les matériaux sont classés dans les catégories « les plus solides », « les plus résistants » et « les plus résistants à la chaleur », le polycarbonate (PC) répondant à tous ces critères.

Le polycarbonate (PC) est le matériau le plus résistant disponible pour les consommateurs, avant l’utilisation de polymères industriels coûteux comme le PEEK et le PEKK. Il s’agit du même matériau que celui utilisé dans le verre pare-balles et les boucliers de protection. Dans l’impression FDM, il offre une amélioration significative par rapport à l’ABS et au nylon, à la fois en termes de résistance à la chaleur et de résistance aux chocs. C’est un matériau exigeant pour l’impression et il est souvent mélangé à d’autres matériaux pour faciliter l’impression, mais cela entraîne également une diminution de la résistance.

• Avantages : Ténacité extrême (résistance aux chocs), très haute résistance à la chaleur, clarté optique (dans certains mélanges translucides) et haute résistance à la traction.
• Inconvénients : difficile à imprimer (nécessite des températures de buse très élevées de ~270-310°C), hygroscopique (absorbe l’humidité) et a tendance à se déformer fortement et à se délaminer sans enveloppe chauffée.
• Résistance à la traction : élevée (60-70 MPa). Il est plus résistant que le nylon et l’ABS et peut supporter des charges considérables.
• Rigidité : Modérée (2-2,5 GPa). Similaire à l’ABS, mais pas aussi rigide que le PLA.
• Résistance aux chocs : Très élevée. Le PC est probablement le filament non flexible le plus résistant. Il résiste à des coups de marteau répétés et violents sans se briser.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Avec une HDT de ~110-130 °C, il reste rigide même dans des environnements où le PLA et l’ABS deviendraient mous.
• Le mieux adapté pour : Pièces fonctionnelles à haute température, composants automobiles (sous le capot), boîtiers électriques et couvercles transparents et durables.

Dans l’ensemble, le polycarbonate est le meilleur choix pour les pièces qui doivent être solides et résistantes à la chaleur, si votre imprimante 3D peut supporter la chaleur nécessaire à l’impression.

Les matériaux FDM les plus résistants

Filaments renforcés de fibres de carbone (CF-Nylon/CF-PETG)

Les filaments de fibre de carbone sont généralement constitués d’une matière plastique de base (comme le nylon, le PETG ou l’ABS) chargée de fibres de carbone coupées ou broyées. Ces charges augmentent la rigidité du matériau, mais n’améliorent généralement pas de manière significative la résistance à la traction, à moins d’utiliser des fibres coupées plus longues, ce qui peut entraîner des obstructions dans la filière. L’ajout de charges en fibre de carbone a tendance à réduire la déformation de matériaux tels que le PC et le nylon. Lorsque des charges sont ajoutées à des matériaux amorphes tels que l’ABS, le PC et le PETG, l’HDT entraîne des améliorations minimes, tandis que l’ajout de charges au nylon peut conduire à une HDT juste en dessous de la température de traitement du matériau.

• Avantages : Rigidité extrême (module élevé), grande stabilité dimensionnelle (meilleure résistance au gauchissement que le matériau de base), faible poids, bon état de surface.
• Inconvénients : Abrasif (nécessite une buse en acier trempé pour l’impression), coûteux et peut être plus fragile et difficile à imprimer que le matériau de base non renforcé.
• Résistance à la traction : élevée (50-100+ MPa, selon le matériau de base). La résistance peut être plus élevée pour les fibres longues et les charges plus élevées que pour le matériau de base, mais la résistance peut diminuer pour les petites fibres.
• Rigidité : extrême (3-6 GPa). Les fibres empêchent le plastique de s’étirer et réduisent considérablement la flexion sous charge.
• Résistance aux chocs : Modérée à bonne. Bien qu’il soit solide, la rigidité supplémentaire signifie qu’il absorbe moins d’énergie que le nylon pur avant la défaillance.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Les fibres aident la pièce à conserver sa forme sous l’effet de la chaleur, ce qui fait que la température de déformation thermique est souvent plus élevée que celle du plastique de base seul, atteignant 150-160 °C.
• Le plus approprié pour : Pièces structurelles, châssis de drones, composants automobiles, dispositifs et supports pour lesquels la rigidité est essentielle.

Les filaments de fibre de carbone sont globalement les filaments d’impression 3D les plus solides disponibles pour le FDM en termes de rigidité et de résistance structurelle.

PEEK (polyétheréthercétone)

Le PEEK fait partie de la famille PAEK des thermoplastiques hautes performances et est largement considéré comme l’un des matériaux polymères les plus résistants. Il est largement utilisé dans l’aérospatiale et les implants médicaux et sert de substitut léger et légitime au métal.

• Avantages : Résistance chimique extrême, biocompatible (sans danger pour les implants), excellent rapport résistance/poids et résistant au feu.
• Inconvénients : Extrêmement coûteux (souvent plusieurs centaines de francs par kg), nécessite des imprimantes industrielles spéciales (température de la buse ~400 °C ou plus, température de la chambre ~100 °C ou plus) et est difficile à traiter.
• Résistance à la traction : extrême (90-100 MPa). Le PEEK atteint presque la résistance de certains alliages d’aluminium, tout en étant beaucoup plus léger.
• Rigidité : Très élevée (3,5-4,5 GPa). Le PEEK est l’un des polymères non chargés les plus rigides.
• Résistance aux chocs : élevée. Il est incroyablement solide et résiste très bien à la fatigue et aux fissures de tension.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Il résiste à une exposition continue à des températures allant jusqu’à 260 °C (lorsqu’il est recuit) et convient donc aux pièces de moteur et aux soupapes dans l’aérospatiale.
• Le plus approprié pour : Remplacement de métaux, composants aéronautiques et spatiaux, implants médicaux et équipements de traitement chimique

Dans l’ensemble, le PEEK est un matériau très performant pour l’ingénierie mécanique.

PEKK (polyéthercétone cétone)

Le PEKK est un proche parent du PEEK, mais il est souvent préféré dans l’impression 3D, car il est un peu plus facile à traiter. Sa structure moléculaire permet une vitesse de cristallisation plus lente, ce qui réduit les contraintes internes qui entraînent des déformations pendant l’impression.

• Avantages : Moins de déformation à l’impression que le PEEK, excellente adhérence des couches, résistance extrême aux produits chimiques et à la chaleur, faible dégazage (crucial pour les applications spatiales).
• Inconvénients : Extrêmement coûteux, nécessite du matériel industriel pour les températures élevées, nécessite un recuit (friture) pour libérer toutes les propriétés thermiques.
• Résistance à la traction : très élevée (80-93 MPa). Bien que la résistance à la traction brute soit parfois légèrement inférieure à celle du PEEK, il présente souvent une meilleure résistance à la compression.
• Rigidité : élevée (2,5-4 GPa), légèrement moins rigide que le PEEK, mais toujours plus rigide que la plupart des polymères non chargés.
• Résistance aux chocs : Élevée. Comme le PEEK, il est durable et robuste et convient aux environnements difficiles.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Semblable au PEEK, il résiste à des températures bien supérieures à 150 °C et, après recuit, à ~250 °C ou plus.
• Le mieux adapté pour : Pièces aérospatiales (en raison du faible dégagement de gaz), composants pétroliers et gaziers et pièces structurelles où le PEEK se déforme trop.

Le PEKK est souvent l’alternative la plus solide et la plus fiable au PEEK pour la fabrication de pièces susceptibles de se déformer.

PLA (acide polylactique)

Le PLA est le matériau standard pour la plupart des imprimantes FDM. Il est facile à imprimer et produit des pièces rigides avec de bons détails, mais globalement peu durables.

Il a une résistance à la traction moyenne à élevée (50-60 MPa), souvent supérieure à celle de l’ABS ou du PETG. Cette résistance est toutefois trompeuse, car le PLA est extrêmement fragile.

• Avantages : Haute rigidité, facile à imprimer, abordable.
• Inconvénients : très faible résistance aux chocs, faible résistance à la chaleur (se déforme à environ 50 °C), biodégradable (peut se décomposer sous l’effet des UV/de l’humidité).
• Résistance : La résistance à la traction est élevée (53 MPa).
• Rigidité : élevée (2,5-3,5 GPa) Le PLA est très rigide et se déforme moins sous la contrainte que l’ABS ou le PETG.
• Ténacité : la résistance aux chocs est très faible, avec une valeur d’impact sur entaille de 16 J/m. Le PLA est fragile ; il se casse plutôt qu’il ne se plie lorsqu’il est frappé.
• Résistance à la chaleur : Faible. Le PLA se ramollit à environ 55-60°C et ne convient donc pas aux applications à haute température. Le PLA peut souvent être recuit, comme le PEKK et le PEEK, afin d’améliorer les propriétés thermiques par une cristallisation supplémentaire du polymère. Le PLA traité thermiquement de cette manière a une résistance thermique d’environ 110 °C à 130 °C. Le PLA peut être utilisé pour la fabrication de produits de consommation.
• Le plus approprié pour : Modèles esthétiques, prototypes non porteurs, modèles rapides « look-like ».

Dans l’ensemble, le PLA convient bien aux objets rigides et statiques (comme un porte-stylo), mais il est trop fragile pour les pièces mécaniques solides et fonctionnelles.

Les matériaux FDM les plus résistants

PETG (polyéthylène téréphtalate modifié au glycol)

Le PETG est une version modifiée du matériau PET courant, utilisé pour fabriquer des bouteilles d’eau et des emballages alimentaires, et qui a un indice de recyclage de « 1 ». Le PETG a une chaîne polymère modifiée pour améliorer sa transformabilité, ce qui le rend adapté aux applications telles que le moulage par injection et l’impression 3D.

Le PETG est l’un des filaments d’impression 3D les plus utilisés.

• Avantages : Plus visqueux que le PLA et en même temps beaucoup plus facile à imprimer que l’ABS ou le nylon.
• Inconvénients : Peut provoquer la formation de « filaments » sur les impressions.
• Résistance à la traction : Haute - (45-55 MPa) Similaire au PLA.
• Rigidité : Moyenne à élevée (2,0-3,0 GPa) Plus rigide que l’ABS et presque aussi rigide que le PLA.
• Résistance aux chocs : Faible à modérée ; généralement supérieure à celle du PLA, mais inférieure à celle de l’ABS.
• Résistance à la chaleur : Faible. Généralement ~70 °C

Le PETG est une option polyvalente qui se situe entre le PLA et l’ABS en termes de résistance aux chocs et de résistance thermique.

ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène)

L’ABS est la norme industrielle pour les produits de consommation moulés par injection (comme les briques LEGO®). Dans l’impression 3D, il offre un profil de résistance équilibré. Il a une résistance à la traction inférieure à celle du PLA (~34-36 MPa), mais une résistance aux chocs et une ductilité nettement supérieures.

• Avantages : Se déforme avant de se rompre (ductile), résiste à des températures allant jusqu’à ~85 °C, peut être lissé à l’acétone.
• Inconvénients : Tendance à se déformer pendant l’impression, dégage des vapeurs cancérigènes, résistance à la traction brute plus faible.
• Résistance à la traction : inférieure à celle du PLA, mais suffisante pour de nombreuses pièces en plastique.
• Rigidité : Modérée.
• Résistance aux chocs : Modérée. L’ABS est plus résistant aux chocs que le PLA, mais il a tendance à mal adhérer à la couche, ce qui entraîne des cassures plus faciles dans la direction Z.
• Résistance à la chaleur : Modérée. Il résiste à des températures allant jusqu’à ~85-95 °C.
• Le plus approprié pour : Biens de consommation durables, boîtiers, pièces nécessitant une résistance à la chaleur.

L’ABS est une réponse courante à la question de savoir quel est le filament d’impression 3D le plus solide pour un usage général, car il constitue un choix fiable pour les pièces fonctionnelles qui doivent résister aux chutes ou à un environnement chaud. Cependant, il dégage des vapeurs et peut être difficile à imprimer de manière fiable sur des appareils bon marché.

Nylon (polyamide)

Le nylon (polyamide) est largement considéré comme l’un des thermoplastiques les plus résistants. Contrairement au PLA (qui est rigide) ou à l’ABS (qui est ductile), le nylon offre une combinaison unique de solidité, de flexibilité et de résistance à l’usure.

Le nylon est le matériau de choix pour les pièces fonctionnelles qui doivent résister à des contraintes mécaniques répétées, à la friction ou à la fatigue sans se rompre. Il est autolubrifiant, ce qui le rend idéal pour les engrenages et les pièces mobiles. Les propriétés du nylon varient considérablement en fonction de sa qualité, et de nombreux filaments sont des mélanges de différents types de nylon, tels que le PA6, le PA12 et le PA11.

• Avantages : Haute résistance aux chocs, faible coefficient de frottement, excellente résistance chimique et haute résistance à la fatigue.
• Inconvénients : fortement hygroscopique (absorbe rapidement l’humidité de l’air et ruine les impressions), a tendance à se déformer, nécessite des températures d’impression élevées. Les filaments de nylon sont souvent remplis de fibres de carbone pour réduire le rétrécissement et rendre le matériau plus facile à imprimer.
• Résistance à la traction : élevée (40-80 MPa). Celle-ci varie fortement en fonction de la qualité et du conditionnement à l’humidité. Le nylon sec est plus solide et plus rigide, mais le taux d’humidité « plastifie » ou ramollit le matériau.
• Rigidité : Modérée à faible (1,5-2,0 GPa). Généralement moins rigide que l’ABS
• Résistance aux chocs : Bonne. Le nylon peut être plus résistant que l’ABS en fonction de la qualité et de la teneur en humidité du produit final.
• Résistance à la chaleur : Très bonne. Selon le mélange spécifique (PA6, PA12), il résiste généralement à des températures allant jusqu’à 120 °C ou plus.
• Le mieux adapté pour : Engrenages, roulements, charnières, loquets et poignées d’outils.

Le nylon est un bon choix pour les pièces durables et résistantes aux chocs qui nécessitent une certaine flexibilité. À la question de savoir quel est le filament d’impression 3D le plus résistant pour les engrenages et les charnières fonctionnels, la réponse est généralement le nylon.

Matériaux FDM résistants à la chaleur

Du verre haché ou broyé et de la fibre de carbone sont ajoutés au filament afin d’augmenter sa résistance à la température et sa rigidité. Le polyétherimide (PEI) est un matériau qui entre dans cette catégorie. Le filament PEI, généralement connu sous le nom d’Ultem® (nom de marque), est réputé pour sa résistance à la chaleur, sa solidité et sa stabilité chimique.

Les résines SLA les plus solides, les plus résistantes et les plus thermorésistantes

Les résines SLA les plus puissantes

Résine rigide 10K

Rigid 10K Resin est le matériau le plus rigide du portefeuille de notre partenaire Formlabs. Ce matériau est également l’un des plus résistants à la chaleur. Il est chargé de verre et a été conçu pour simuler les propriétés des thermoplastiques renforcés de fibres de verre. La désignation « 10K » fait référence à son module de traction de plus de 10 000 MPa. Au toucher, il ressemble à de la céramique ou à de la pierre.

• Avantages : Rigidité extrême, surface lisse et mate, grande précision dimensionnelle, résistance à la chaleur.
• Inconvénients : très fragile. Comme la céramique, il se casse s’il tombe ou se plie.
• Résistance à la traction : très élevée (88 MPa). L’un des matériaux les plus résistants de Formlabs.
• Rigidité : extrême (10 GPa). Elle résiste mieux à la déformation sous charge que presque toutes les autres résines. Plus rigide que la plupart des filaments et des poudres - même que ceux contenant des charges de fibre de carbone.
• Résistance aux chocs : Très faible. Il n’a presque pas de ductilité.
• Résistance à la chaleur : extrême. Il résiste à des charges lourdes à des températures élevées (HDT ~238 °C).
• Le mieux adapté pour : Moules d’injection, modèles d’essai aérodynamiques, pièces industrielles résistantes à la chaleur et dispositifs de soudage.

Conclusion : la résine Rigid 10K est le meilleur choix pour les pièces qui ne doivent pas se déformer ou se tordre, comme les moules, les gabarits et les matrices.

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Résine Rigid 4000

Rigid 4000 Resin est un plastique renforcé de fibres de verre avec un module de 4000 MPa, inférieur à celui de Rigid 10K Resin. En termes de résistance et de rigidité, il est similaire au PEEK (polyétheréthercétone). Elle offre une grande rigidité tout en étant plus durable et plus résistante que la résine Rigid 10K qui ressemble à de la céramique.

• Avantages : Rigide et solide, surface polie, résistance aux chocs supérieure à celle de la résine Rigid 10K.
• Inconvénients : Toujours fragile par rapport à la famille Tough Resin, use les réservoirs d’impression avec le temps.
• Résistance à la traction : élevée (69 MPa). Il s’agit d’un plastique solide et structurel.
• Résistance aux chocs : Faible. Elle est fragile, mais moins sujette à la rupture que la résine Rigid 10K.
• Résistance à la chaleur : Modérée. HDT est d’environ 77 °C à 0,45 MPa.
• Le mieux adapté pour : Pièces à parois minces, supports, fixations, dispositifs et fixations nécessitant de la rigidité, mais pouvant être soumis à de faibles vibrations.

Conclusion : Rigid 4000 Resin est un matériau universel et rigide qui représente un compromis entre l’extrême rigidité de Rigid 10K Resin et la durabilité des résines tout usage.

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Résines à usage général

Les résines tout usage de Formlabs (y compris, mais sans s’y limiter, Color Resin, Black Resin, Grey Resin, Clear Resin et White Resin) sont des résines polyvalentes qui sont rigides et solides, avec un module d’environ 2600 MPa, selon la couleur et le protocole de post-polymérisation.

• Avantages : Disponible en plusieurs couleurs, impression rapide, bonne finesse, moins fragile que les filaments PLA et comparable au PETG en termes de ténacité, mais complètement anisotrope avec de meilleures propriétés dans la direction Z.
• Inconvénients : Pas aussi solides ou rigides que les résines chargées, mais pas aussi résistants que la famille des résines Tough Resin ou les thermoplastiques résistants comme l’ABS. Plus chers que les filaments à usage général.
• Résistance à la traction : élevée (~62 MPa)
• Rigidité : Moyenne à élevée (2600 MPa)
• Résistance aux chocs : Moyenne. La valeur Notched Izod de 32 J/m est supérieure à celle de la résine Rigid 4000.
• Résistance à la chaleur : Faible. HDT est d’environ 71 °C à 0,45 MPa.
• Le plus approprié pour : Prototypes pour la forme et l’ajustement, modèles prêts à être présentés, dispositifs et supports.

Les résines SLA les plus résistantes

Résine Tough 1000

Tough 1000 Resin est la résine la plus flexible et la plus résistante aux chocs de la famille Tough Resin de Formlabs. Elle a été formulée pour offrir une ténacité comparable à celle du polyéthylène haute densité (HDPE) ou du Delrin (POM). Elle offre un faible module (rigidité) de ~1000 MPa, ce qui la rend incroyablement tenace et résistante à l’usure. Comme les autres résines de la famille Tough Resin, la résine Tough 1000 porte le nom de son module.

• Avantages : Résistance extrême aux chocs (la plus élevée de la famille Tough Resin), allongement élevé (180 %), excellente résistance à l’usure et surface lisse à faible frottement.
• Inconvénients : très flexible (ne convient pas aux pièces structurelles rigides), résistance à la chaleur plus faible.
• Résistance à la traction : faible (26,3 MPa). Il cède et s’étire au lieu de résister à une lourde charge statique.
• Rigidité : Faible. L’un des matériaux non élastomères les plus souples du portefeuille de Formlabs.
• Résistance aux chocs : Extrême. Avec une résilience de 72 J/m, elle rivalise avec les thermoplastiques industriels et son travail de rupture élevé en fait probablement la résine la plus difficile à briser.
• Résistance à la chaleur : Faible. L’HDT est d’environ 55 °C à 0,45 MPa.
• Le mieux adapté pour : Dispositifs résistants aux chocs, prototypes compressibles, assemblages à faible frottement (comme les engrenages et les joints à rotule).

Conclusion : Tough 1000 Resin est la meilleure résine pour les pièces durables qui doivent résister à des chutes de grande hauteur.

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Résine Tough 1500

Tough 1500 Resin est un matériau résistant dont la solidité, la rigidité et la ténacité sont comparables à celles du polypropylène (PP) et qui offre une résistance exceptionnelle à la rupture, aux chocs et à l’éclatement. Il présente un excellent équilibre entre rigidité et ductilité.

• Avantages : Elle se situe entre la résine Tough 1000 et la résine Tough 2000 et combine une ténacité, une résistance et une rigidité élevées. De plus, elle est inoffensive en cas de contact cutané de courte durée.
• Inconvénients : Résistance à la traction inférieure à celle de Tough 2000 Resin, mais pas aussi solide et résistant aux chocs que Tough 1000 Resin.
• Résistance à la traction : Modérée (34 MPa). Elle est moins résistante à la traction que la résine Tough 2000, mais plus ductile.
• Rigidité : Faible à modérée (1,5 GPa). Bien qu’il soit plus rigide que Tough 1000 Resin, il fait partie des matériaux les plus souples et est comparable à certains matériaux en nylon.
• Résistance aux chocs : Très élevée. Avec une résistance aux chocs Gardner élevée et un travail de rupture, il absorbe exceptionnellement bien l’énergie sans se briser.
• Résistance à la chaleur : Faible à modérée. L’HDT est d’environ 66 °C à 0,45 MPa.
• Le plus approprié pour : Verrouillages, éléments de flexion, amortisseurs, fermetures et boucles, boulons autotaraudeurs et charnières.

Conclusion : Tough 1500 Resin est le mieux adapté aux pièces nécessitant une combinaison de rigidité et de ductilité.

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Résine Tough 2000

Tough 2000 Resin est le matériau le plus solide et le plus rigide de la famille Tough Resin de Formlabs. Conçue pour rivaliser avec les propriétés du plastique ABS moulé par injection, c’est la résine idéale pour les prototypes fonctionnels lorsque vous avez besoin d’une pièce qui soit résistante, qui conserve sa forme mais qui ne se casse pas sous la charge et qui soit suffisamment solide pour les dispositifs et les supports fonctionnels.

• Avantages : Excellent rapport rigidité/souplesse, résistant aux contraintes cycliques (fatigue), propriétés similaires à celles de l’ABS moulé par injection.
• Inconvénients : Moins résistant que Tough 1000 Resin et Tough 1500 Resin.
• Résistance à la traction : Modérée (40,4 MPa). Il est suffisamment résistant pour les dispositifs fonctionnels, les supports et les attaches mécaniques et les pièces qui sont normalement moulées par injection en ABS.
• Résistance aux chocs : Élevée. Elle offre une haute résistance à la rupture, ce qui lui permet de résister aux chutes et aux chocs soudains bien mieux que les résines standard.
• Résistance à la chaleur : Modérée. Il a une HDT de 70 °C à 0,45 MPa.
• Le plus approprié pour : Boîtiers, dispositifs et prototypes fonctionnels qui fonctionnent comme l’ABS.

Conclusion : Tough 2000 Resin est idéal pour les pièces qui doivent être rigides sans être fragiles.

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Les résines les plus résistantes à la température

Résine haute température

High Temp Resin a la plus haute HDT de toutes les résines Formlabs. Elle a été spécialement conçue pour la stabilité thermique, ce qui lui permet de résister à la chaleur des processus de moulage ou à l’écoulement d’air/de liquide chaud.

• Avantages : Résistance extrême à la chaleur (la plus élevée de sa catégorie), détails précis.
• Inconvénients : très fragile (similaire au verre), absorbe l’humidité avec le temps et est difficile à traiter ultérieurement.
• Résistance à la traction : Modérée (~49 MPa). Bien adapté au moulage, mais pas aux contraintes mécaniques.
• Rigidité : Modérée à élevée (2,8 GPa)
• Résistance aux chocs : Très faible. Les pièces se brisent en cas de chute.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Avec une HDT de 238°C à 0,45 MPa, il fait partie des matériaux d’impression 3D les plus résistants à la température.
• Convient le mieux pour : Moules et inserts, pièces exposées à l’air chaud, aux gaz et aux flux de liquides, ainsi que les supports, boîtiers et fixations résistants à la chaleur.

Conclusion : la résine haute température est un matériau spécial qui est presque exclusivement utilisé dans des applications où les plastiques standard fondraient ou se déformeraient.

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Les poudres SLS les plus puissantes

Nylon 12 Powder

La poudre de nylon 12 est l’étalon-or du secteur pour le SLS. Elle offre un équilibre polyvalent de résistance, de rigidité et de précision des détails avec une très faible absorption d’humidité. C’est la poudre la plus facile à imprimer et elle produit de manière fiable des pièces aux tolérances serrées et aux géométries complexes.

• Avantages : Excellente précision dimensionnelle, facilité d’impression, propriétés mécaniques équilibrées et bon taux de mise à jour.
• Inconvénients : Moins ductile que le nylon 11 en poudre. Il est plus rigide et se casse plus rapidement lorsqu’il est fortement plié.
• Résistance à la traction : élevée (50 MPa). Il offre une excellente résistance structurelle générale, adaptée à la plupart des tâches techniques.
• Rigidité : Modérée (1,9 GPa)
• Résistance aux chocs : Modérée (32 J/m Notched Izod). Bien qu’elle soit résistante, elle est nettement moins résistante aux chocs que la poudre de nylon 11 ou la poudre de nylon 12 Tough.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Il résiste à des températures allant jusqu’à 171 °C à 0,45 MPa.
• Le mieux adapté pour : Prototypes très détaillés, dispositifs et supports permanents, boîtiers et pièces générales d’utilisation finale.

Conclusion : la poudre de nylon 12 offre le meilleur équilibre entre imprimabilité et performance pour les prototypes généraux et la production ne nécessitant pas une ductilité extrême.

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Nylon 12 Tough Powder

Le Nylon 12 Tough Powder est une formulation spéciale qui offre une ductilité et une résistance améliorées, tout en garantissant la même polyvalence et la même facilité de travail que le Nylon 12 standard. Elle est moins cassante que la poudre de Nylon 12 standard et offre le meilleur taux de rafraîchissement de l’industrie (réutilisation jusqu’à 80% de l’ancienne poudre).

• Avantages : Haute ductilité (se plie sans se rompre), excellente précision dimensionnelle (déformation réduite) et très économique en raison du faible taux de rafraîchissement.
• Inconvénients : Résistance à la traction inférieure à celle de la poudre de nylon 12 standard. Résistance à la chaleur plus faible sous une charge mécanique élevée.
• Résistance à la traction : Modérée (42 MPa). Bien qu’il soit légèrement plus faible que la poudre de nylon 12 standard (50 MPa), il compense par sa flexibilité.
• Rigidité : Faible à modérée (1,5 GPa)
• Résistance aux chocs : Bonne (60 J/m Notched Izod). Il absorbe bien les chocs et est idéal pour les pièces qui doivent être encliquetées ou pliées.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Il résiste à des températures allant jusqu’à 161°C à 0,45 MPa, mais devient mou à des températures plus basses sous une charge élevée (le HDT à 1,8 MPa est de 46°C).
• Le mieux adapté pour : Fermetures à cliquet, cliquets, charnières, prototypes fonctionnels et pièces longues qui ont tendance à se déformer.

Conclusion : le Nylon 12 Tough Powder est la poudre de choix pour les géométries difficiles qui ont tendance à se déformer ou pour les pièces qui nécessitent une flexibilité supérieure à celle du Nylon 12 Powder standard.

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Nylon 12 GF Poudre

Le Nylon 12 GF Powder est un matériau composite renforcé de fibres de verre, conçu pour les applications où la rigidité et la stabilité thermique sont essentielles. En incorporant des billes de verre dans la base de nylon 12 standard, cette poudre permet d’obtenir des pièces nettement plus rigides et plus plates que le nylon non renforcé, ce qui en fait un matériau idéal pour maintenir la rigidité structurelle sous la charge ou la chaleur.

• Avantages : Grande rigidité (module d’élasticité en traction élevé), excellente stabilité thermique (HDT élevé) et composants très stables dimensionnellement avec un minimum de déformation.
• Inconvénients : plus fragile que le nylon 12 non chargé ; devient abrasif avec le temps pour les outils de finition.
• Résistance à la traction : moyenne (38 MPa). Bien que la résistance maximale à la traction soit légèrement inférieure à celle du nylon 12 pur, le matériau résiste beaucoup mieux à l’allongement (déformation).
• Rigidité : Moyenne à élevée (2,8 GPa).
• Résistance aux chocs : Faible à moyenne (23 J/m, résilience sur entaille selon Izod). Le renforcement en fibre de verre augmente la rigidité au détriment de la ductilité, ce qui rend le matériau plus susceptible de se rompre que de se déformer en cas de charge soudaine.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Comparé au nylon-12 standard, il présente une meilleure résistance à la chaleur (175 °C à 0,45 MPa) et conserve mieux sa forme même à des températures élevées.
• Convient parfaitement pour : Boîtiers rigides, dispositifs, outils, filetages ainsi que les composants qui doivent résister à des charges élevées permanentes sans fluage.

Conclusion : le Nylon 12 GF Powder est le premier choix pour les composants rigides et stables. Il est idéal lorsque la bonne ouvrabilité du Nylon 12 est nécessaire, mais qu’une rigidité plus élevée est également requise.

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Nylon 11 Poudre

Le Nylon 11 Powder est un matériau biosourcé très performant, spécialement conçu pour les composants qui peuvent se plier et se déformer sans se rompre. Alors que les nylons standard sont déjà robustes, le Nylon 11 Powder offre une ductilité et une résistance aux chocs nettement supérieures. Cela en fait le choix idéal pour les applications où les composants peuvent tomber, se tordre ou être soumis à des charges soudaines.

• Avantages : Ductilité exceptionnelle (allongement à la rupture de 40%), haute résistance aux chocs et excellente stabilité à long terme. Le matériau est biosourcé (dérivé de l’huile de ricin) et convient particulièrement bien aux structures filigranes.
• Inconvénients : Peut être plus sujet à la déformation que le Nylon 12 Powder si les composants ne sont pas parfaitement alignés. Pour obtenir les meilleures propriétés du matériau et un rafraîchissement optimal de la poudre, il est recommandé d’imprimer dans une atmosphère d’azote inerte.
• Résistance à la traction : élevée (49 MPa). Le matériau résiste à des charges élevées, mais se caractérise surtout par sa capacité à s’étirer fortement avant la rupture.
• Rigidité : Faible à moyenne (1,6 GPa).
• Résistance aux chocs : très élevée (71 J/m, résilience selon Izod). Le matériau absorbe l’énergie très efficacement et fait partie des poudres les plus résistantes à la rupture sur le marché.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Résistance à la chaleur (HDT) de 182°C à 0,45 MPa.
• Convient parfaitement pour : Assemblages par encliquetage, charnières de films, orthèses, prothèses et conduits d’air à parois minces devant résister à des contraintes mécaniques élevées.

Conclusion : le nylon 11 Powder est le premier choix pour une durabilité et une performance maximales. Lorsque les composants doivent résister à des charges réelles, à des chocs ou à une flexion permanente, ce matériau est la solution optimale.

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Nylon 11 CF Poudre

Le Nylon 11 CF Powder est le matériau le plus solide et le plus résistant à la chaleur de la gamme de matériaux SLS de Formlabs. En renforçant le Nylon 11 Powder avec des fibres de carbone, ce matériau fait le lien entre le plastique et le métal. Il associe la haute résistance aux chocs du Nylon 11 à l’extrême rigidité des fibres de carbone, ce qui permet d’obtenir des pièces à la fois rigides, légères et capables de supporter des contraintes structurelles répétées.

• Avantages : Excellent rapport résistance/poids, rigidité extrême (module d’élasticité élevé) et excellente stabilité thermique.
• Inconvénients : Nécessite l’impression dans une atmosphère d’azote inerte ; les composants sont très rigides et présentent peu de déformation plastique avant la rupture par rapport au nylon non chargé.
• Résistance à la traction : Très élevée (69 MPa). Nettement supérieure à celle des nylons standard et très résistante à la déformation sous charge élevée.
• Rigidité : jusqu’à 5,3 GPa, en fonction de l’orientation de la pièce, car les fibres s’alignent le long de l’axe X.
• Résistance aux chocs : élevée (74 J/m, résilience Izod). Contrairement à de nombreux filaments renforcés de fibres de carbone, la ténacité du nylon 11 est préservée, ce qui confère au matériau une résistance élevée à la rupture.
• Résistance à la chaleur : Excellente. Résistance à la chaleur (HDT) d’environ 188°C à 0,45 MPa, ce qui rend le matériau approprié pour les applications dans le compartiment moteur ou pour les outils à haute température.
• Convient parfaitement pour : Remplacement du métal, composants soumis à de fortes contraintes, composants aérodynamiques ainsi que dispositifs et gabarits rigides.

Conclusion : le nylon 11 CF Powder est la solution haut de gamme pour les composants structurels qui doivent être à la fois rigides, légers et résistants à la chaleur.

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