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Etude de la conservation des filaments pour impression 3D

Afin de répondre à de nombreuses questions sur la durée de vie des filaments pour impressions 3D, Makershop a fait appel à l’un de ses partenaires, la société bretonne Nanovia, spécialisée dans les filaments techniques. L’entreprise Nanovia formule et produit elle-même ses filaments haut de gamme à destination des professionnels afin de répondre à des besoins bien spécifiques (résistance magnétique, chimique ou thermique). Leurs équipes ont donc pu partager avec nous les principales données connues concernant les différents facteurs de dégradation des matériaux utilisés en impression 3D. Nous ne doutons pas que cela vous permettra d’optimiser la conservation de vos filaments entre deux impressions avec votre imprimante 3D.

Plus qu’un article sur la conservation des matériaux pour l’impression 3D, nous avons voulu cette semaine vous détailler un peu plus précisément les phénomènes derrières certains résultats d’impressions non souhaités.

Conservation des filaments pour impression 3D : comprendre les facteurs de vieillissement

De l’achat des matières premières jusqu’au conditionnement final, un contrôle rigoureux allant de la formulation des mélanges à la mise en forme doit être assuré tout au long du processus de production. Ce contrôle permet une traçabilité totale et un suivi qualité des matériaux (dosage des matières premières, paramètres d’extrusion, calibration numérique des extrudeuses …). Un filament de qualité permettra une fabrication additive optimisée et une meilleure conservation du filament.

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Il faut savoir qu’un thermoplastique conservé dans des conditions optimales peut avoir une durée de vie très longue. Pour illustrer cette durée de vie, nous partirons du principe que des déchets thermoplastiques en mer ont une durée de vie allant de 50 ans pour un polystyrène à 400/500 ans pour de l’ABS, PET, et même jusqu’à 600 ans pour un filet de pêche en Nylon enfoui dans les fonds marins. Dans ces cas la chaîne polymère, soumises à de nombreux agents extérieurs, se dégrade par fragments, ce qui pose des problèmes de pollution importants.

Cependant, dans le cas de l’impression 3D FDM, il est essentiel d’utiliser des thermoplastiques aux propriétés intactes afin de garantir une impression optimale.

Le filament ne devra pas être préalablement dégradé, il est donc important de le préserver des agressions extérieures tout au long de son cycle de vie avant impression, mais aussi de penser à son recyclage en fin de vie.
Les polymères sont sensibles à plusieurs agents extérieurs qui peuvent les affecter. Les principaux agents de la dégradation des polymères sont la chaleur, les UV, l’oxygène, l’eau ou encore les produits chimiques ou agents biologiques. Le schéma ci-dessous vous aidera à comprendre les principales causes de détérioration des polymères, ainsi que leurs impacts sur ceux-ci.

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Voici quelques définitions des différentes réactions qui peuvent survenir entre les polymères et ces agents extérieurs (dans notre cas, ce qui peut affecter la bonne conservation des filaments 3D).

Thermolyse/Pyrolyse : la décomposition d’un composé organique causée par une augmentation importante de sa température.

Radicaux libres : ce sont des molécules instables avec un électron en plus ou en moins, ces radicaux libres sont notamment responsables du vieillissement de la peau ou de certains cancers.

Oxydation : réaction chimique, souvent provoquée par l’oxygène, par laquelle on retire des électrons à un atome ou à une molécule.

Ozone : L’ozone est un gaz naturellement présent dans l’atmosphère terrestre, qui va casser certaines liaisons chimiques qui permettaient la cohésion d’élastomères sensibles. Ce phénomène est communément observé dans les flancs des pneus.

Hydrolyse : il s’agit de la destruction d’une substance chimique par l’eau.

Solubilisation/Solvolyse : action de rendre soluble, amener une substance à l’état soluble.

Catabolisme : le catabolisme est l’ensemble des réactions de dégradations moléculaires de l’organisme considéré. Les différentes molécules sont dégradées en molécules plus petites.

Avec ces informations à disposition, il devient assez simple de classer les matériaux selon leurs résistances aux différents facteurs fragilisant :

Matériaux / Fragilité
Eau / Humidité
Lumière Acides et basiques
Oxydation
Filament PLA x x
Filament ABS x x x
Filament PET / PETG
x x x
Filament Nylon
x x

Conservation des filaments pour impression 3D : comprendre la dégradation thermique

La chaleur est un phénomène physique qui va naturellement altérer la structure des polymères. Le simple passage dans les buses d’extrusion altère lui-même légèrement la structure du matériau. Au-delà des températures ci-dessous, la dégradation commencera à devenir significative de façon exponentielle selon la loi empirique d’Arrhenius (quand la température augmente de 10°C, la vitesse de réaction, et donc de dégradation double). Ainsi, par exemple pour le PLA, le polymère se dégrade 4 fois plus vite à 250°C qu’à 230 °C. Pour une bonne conservation des filaments et de leurs propriétés il est donc important d’imprimer dans le spectre bas des températures conseillées, et par cause à effet, à des vitesses moins importantes.

Cela explique par exemple pourquoi le nettoyage par méthode atomique doit être fait avec du PLA à des températures n’excédant pas les 240°C.

dégradation-thermique-conservation-filaments

Quelques conseils pour savoir comment conserver les filaments pour impression 3D :

Grâce à l’ensemble des informations dont nous disposons sur la tenue des matériaux face aux phénomènes physiques ou chimiques, il nous est maintenant possible de savoir comment combattre ces détériorations et ainsi comment conserver les filaments pour impressions 3D.

Nous avons donc résumé cela sous la forme d’un tableau de conservation des filaments :

Agents extérieurs Conservation optimale
Lumière A l’abri de la lumière.
Oxydation Bobines sous vide d’air ou en récipients fermés après ouverture.
Humidité Boîte avec dessicant ou en récipients fermés après ouverture.
Produits chimiques Stocker dans un endroit non soumis aux vapeurs ou au stockage de produits chimiques.
Biologique Ne pas stocker proche d’aliments tels qu’un sandwich ou du cola, ni dans un frigo, ce n’est pas sa place !

PolyBox : un outil de conservation des filaments qui contrôle l’humidité

Polymaker propose une boîte de conservation pour le stockage des filaments tout en permettant leur impression 3D. Equipée d’un hygromètre, la PolyBox de Polymaker permet d’indiquer le pourcentage d’humidité à l’intérieur de l’espace de stockage.

L’absorption de l’humidité est assurée par la présence de sachets dessicants à l’avant et à l’arrière de la boîte. Les matériaux peuvent ainsi être conservés de manière plus sûre avec un taux d’humidité maintenu en dessous de 15%.

polybox-polymaker-stockage

Note : Si vous souhaitez conserver un nombre important de bobines, l’humidité peut être facilement combattue en utilisant des solutions de mise sous vide de type alimentaire. Nous avons testé certains « soude-sac » remplissant parfaitement cette fonction et allongeant la durée de vie de nos matériaux.

Il est donc maintenant plus simple de comprendre pourquoi un filament ouvert depuis plusieurs mois et soumis à l’humidité a, par exemple, bouché la buse de votre imprimante. Pourquoi un filament posé au soleil sera plus cassant que les autres.
C’est avec des études comme celle-ci que nous espérons pouvoir vous permettre de tirer un maximum des matériaux exploités sur vos imprimantes 3D.

Et vous comment vous assurez-vous d’une parfaite conservation de vos filaments, pour de meilleures impressions ?

Samuel

Samuel est technicien SAV chez Makershop et s'occupe également de réaliser de nombreux tests afin de vous guider et vous accompagner dans votre utilisation de l'impression 3D.

Commentaires

  1. looxy - 29 novembre 2016 à 19:06

    Bonne article, sauf que… ayant travailler sur des machines d’injection plastique en entreprise, on sèche au four l’ABS avant injection sinon c’est la catastrophe, donc oui l’ABS est très sensible a l’humidité.

  2. Jalale - 15 décembre 2016 à 12:40

    Merci pour cet article !!!

  3. I new - 21 février 2017 à 00:33

    merci pour ces détails sur les filaments de l’impression 3D qui reste un détail important de cette innovation

  4. Eric - 10 octobre 2017 à 11:26

    Très bon article.
    Un tableau sur les symptômes en fonction du type d’altération serait aussi le bienvenu.
    Exemple ; filament cassant = UV / Eau…; Buse bouché = …
    Question : si une bobine de filament a pris l’humidité, peut on récupérer ses propriétés en la passant dans une étuve ou un four ? A quelle température et combien de temps ?

  5. Makershop - 10 octobre 2017 à 15:19

    Merci pour votre retour. Nous prenons note du tableau pour une future mise à jour de l’article.
    Il vous est tout à fait possible de mettre votre bobine de filament dans un four à 40° pendant 2 à 3h. Cependant, nous ne garantissons pas un résultat parfait d’impression à partir du moment où le filament a déjà pris l’humidité.

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