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Études des propriétés mécaniques des matériaux

La grande variété de filaments présents sur le marché complique le choix du matériau d’impression 3D. Il faut en effet prendre en compte un grand nombre de critères afin de trouver le matériau adapté à chaque application. Outre la couleur et la compatibilité avec l’imprimante 3D, le matériau doit aussi répondre à certaines données mécaniques afin de correspondre à l’application souhaitée.

Les filaments 3D disponibles aujourd’hui regroupent de nombreuses propriétés techniques et mécaniques les rendant tous utiles pour des besoins spécifiques. Il est donc important de pouvoir appréhender ces données afin d’effectuer le choix du bon matériau. Dans cet article, nous vous apportons des explications sur 4 propriétés mécaniques à étudier afin de choisir votre filament.

Propriété du matériau en termes d’élasticité

L’élasticité d’un matériau se mesure généralement à l’aide du module de flexion, aussi appelé module d’élasticité ou module de Young. Cette propriété technique permet de définir la résistance d’un matériau à une déformation sous une contrainte de flexion. Plus le module de flexion sera élevé, plus le matériau en question sera rigide et sera donc moins disposé à se plier. Le diamant ou l’acier auront par exemple un module d’élasticité très élevé. Cette propriété est donc intéressante à évaluer pour les matériaux plastiques afin de différencier leur élasticité.

Visuel module d'élasticité

Taux d’allongement des matériaux

Le taux d’allongement à la rupture représente la capacité d’un matériau à s’allonger lorsqu’il subit une traction par les extrémités. Le taux d’allongement à la rupture est énoncé en pourcentage : un matériau avec un taux d’allongement de 100% pourra s’étirer d’une fois sa longueur initiale avant de casser.

Par exemple, le filament flexible TPU95A d’Ultimaker possède un taux d’allongement à la rupture de 580% alors que le Polycarbonate Transparent, plus rigide, possède un taux d’allongement de 3.15%.

Visuel taux d'allongement

Matériaux fragiles

Lié à l’élasticité du matériau, le taux d’allongement à la rupture sera normalement plus faible pour les matériaux dits fragiles. Cela signifie que les matériaux fragiles auront tendances à se casser, à rompre lors d’une faible traction. Les aciers et les fontes sont, dans l’ensemble, des matériaux fragiles pouvant posséder des taux d’allongement inférieurs à 1% (la fonte GJL possède un taux d’allongement compris entre 0.3 et 0.8%).

Matériaux ductiles

Les matériaux ductiles possèdent à l’inverse des taux d’allongement à la rupture élevés. C’est le cas des plastiques élastiques et flexibles comme le polypropylène (PP) dont le taux d’allongement peut varier entre 200 et 500%. Les matières ductiles pourront s’allonger de plusieurs fois leur taille initiale avant de rompre.

Vous souhaitez en savoir plus sur le polypropylène? Découvrez notre article sur comment imprimer le filament polypropylène.

Résistance à la traction

Visuel résistance à la traction

La résistance à la traction permet de mesurer la contrainte maximale qu’un matériau peut subir avant de rompre. Généralement exprimée en MPa, il s’agit de la capacité du matériau à ne pas céder sous une force de traction donnée. La résistance à la traction maximale est la valeur limite du matériau à la rupture. On l’obtient lorsque le matériau se casse suite à une traction donnée. Plus la valeur en MPa de la résistance sera élevée, plus le matériau possèdera une haute résistance à la traction.

Température de fléchissement sous charge

La température de fléchissement sous charge (TFC) est une propriété permettant de déterminer l’aptitude d’un matériau à être utilisé dans des milieux à haute température. La TFC caractérise la température sous laquelle un matériau subit des déformations sous contrainte de certaines charges (mesurées en MPa).

Visuel température de fléchissement sous charge

Plus la température de fléchissement sous charge sera élevée, plus le matériau testé sera enclin à être utilisé au contact de liquides/gaz à haute température ou de mécanisme dégageant de la chaleur.

Pour une charge de 1.8MPa, le filament PEEK Innovatefil possède une TFC de 152°C et la résine haute température de Formlabs possède une TFC de 130°C (après post-traitement).

Toutes ces propriétés mécaniques sont importantes à prendre en compte pour le choix de vos matériaux d’impression 3D. Elles sont généralement disponibles sur les fiches techniques des filaments (TDS), elles-mêmes présentes sur nos fiches produit. Les valeurs présentes sur les fiches techniques sont obtenues lors de tests sur éprouvette. Elles donnent de très bonnes indications sur le comportement du matériau imprimé. Toutefois, de nombreux paramètres d’impression entrent également en compte et peuvent faire varier ces données. C’est le cas de l’orientation de votre pièce, du taux de remplissage ou tout simplement de la forme de la pièce.

Afin d’obtenir plus d’informations pour faciliter le choix de vos matériaux, découvrez notre article sur les matériaux d’impression 3D les plus répandus.

N’hésitez pas à contacter notre service technique si vous souhaitez être accompagné dans la sélection de votre filament.

Charly

Charly est expert en impression 3D chez Makershop mais également formateur et rédacteur d'études et d'expertises sur notre blog. Grâce à son expérience, il vous donne des conseils et informations pertinentes sur le marché.

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