PAEK filaments en impression 3D

Dans le monde de l'impression 3D FDM/FFF il existe depuis quelques années une famille de matériels qui se fait remarquer clairement au-dessus de tous, la famille PAEK (polyaryletherketone ou poli aril éther cétone). Les matériels qui appartiennent à cette classe sont plastiques semicristallins qui résistent à des températures élevées (près de 200 ºC) en maintenant de hautes valeurs de résistance mécanique.

À l'intérieur de la famille PAEK existe le PEEK, le PEKK et le PEI (ULTEM 1010 et ULTEM 9085). Tous ceux-ci présentent une haute résistance mécanique, une résistance chimique et de haute température d'inflammabilité.

PEEK filament (PolyEtherEtherKetone)

Le PEEK (PolyEtherEtherKetone) est le plus cristallin de trois matériels. Cela indique qu'il a les plus grandes valeurs de résistance mécanique de tous (sans tenir en compte des alliés avec fibre de carbone). Mais cela présente un problème, grâce à ce que les molécules suivent un patron d'ordre répetitif dans les trois dimensions de l'espace dans un état solide, est plus instable à l'heure de fundirse. Cela implique une haute difficulté de l'usage du filament PEEK dans une impression 3D même pour des utilisateurs experts avec imprimantes 3D avacées.

PEKK filament (PolyEtherKetoneKetone)

Le PEKK (PolyEtherKetoneKetone) présente une structure semicristalline (moins cristallin que le PEEK). Ce type de structure apparaît quand un matériel a deux régions clairement définies, l'une amorphe et autre cristalline. Cette condition structurelle offre une augmentation de la facilité d'une impression (une moindre vitesse de cristallisation) en maintenant des valeurs similaires de résistance et même supérieurs à ceux-là du PEEK.

Le PEKK se fait remarquer au-dessus du PEEK dans sa résistance à la compression, en étant jusqu'à 80 % supérieurs. De plus, une résistance chimique présente ce type de filament à une énorme quantité de fluides: des hydrocarbures halogènes (benzène), des fluides de l'automobile (liquide réfrigérant), un alcool et des solutions aqueuses (eau de la mer).

Applications du PEKK

L'usage du PEKK est hautement étendu, de la médecine aux applications militaires. Son potentiel est tel que même la NASA utilise ce matériel dans les impressions 3D qu'il réalise dans l'espace extérieur. Dans une médecine quelques centres de développement ont créé des genoux, des hanches et d'autres types d'implants fonctionnels avec un succès sonore chez ses patients. L'union de tous ses avantages a aidé au développement de casques militaires légères, résistantes et de anti-reflet pour éviter d'être découvert par la lumière émise par une lanterne ennemie. Finalement, de grandes entreprises de l'aéronautique utilisent le PEKK pour réaliser des pièces fonctionnelles pour ses avions.

PEI filament (ULTEM 1010 ET ULTEM 9085)

Le PEI (ULTEM 1010 et ULTEM 9085) est le matériel plus modifié à l'intérieur de la famille PAEK, même en arrivant à avoir la désignation de résine aux experts en matière. La résistance thermique de ce matériel est l'une de plus une inscription du secteur de l'impression 3D FDM/FFF, ayant une température de transition vitrée de 215 ºC et une température maximale de travail constant avec une pression de 0.45 MPa de 200 ºC.

L'avantage du PEI consiste en ce qu'à ces températures les propriétés mécaniques ne varient presque pas. Cela est grâce à  que sa grande stabilité dimensionnelle maintient la forme structurelle même après avoir élevé la température, quelque chose d'impensable avec la majorité de matériels existants dans l'impression 3D FDM/FFF.

Applications du PEI

L'ULTEM 1010 et communément utilisée pour réaliser des outils de je moule par injection de court cycle, d'outils de laminé d'une fibre de carbone et d'autres types de moules qui sont soumis aux valeurs élevées de pression et de température (Autoclave). À l'intérieur de ce type de moules de haute résistance les utilisés sont pour le processus de vulcanisation de plastiques, comme le caoutchouc. Grâce au PEI ULTEM 1010 on peut réaliser des moules de manière plus rapide, simple et bon marché que les actuels moules en acier. D'un autre côté, l'ULTEM 9085 est matériel une révélation de l'industrie de l'aéronautique. Sa résistance thermique, résistance chimique, résistance à la rupture et le haut rendement font possibles que ce matériel s'acquitte des critères les plus rigoureux de preuves et de traçabilité requis par l'industrie aérospatiale et les agences les régulateurs des certificats.

Poursuite de l’innovation en matière d’amélioration des matériaux

De grands fabricants de filaments comme le français Nanovia ont révolutionné le marché en améliorant à la fois le PEKK et le PEI (ULTEM 1010) avec de la fibre de carbone. La fibre de carbone est un matériau pseudo-amorphe qui offre à ces matériaux un point de fusion plus bas, une cristallisation plus lente et maintient la température de cristallisation élevée (Tg= 160 ºC)cela se traduit par une augmentation de la facilité d’impression. Cette liaison renforce également la stabilité structurelle en améliorant les propriétés mécaniques. Pour toutes ces raisons, le PEKK CF et le PEI CF ont obtenu un poste dans la catégorie des matériaux les plus puissants et faciles à utiliser dans le cadre de l’impression 3D FDM/FFF. En outre, ces deux matériaux entrent généralement en concurrence avec les thermoplastiques les plus utilisés dans l’industrie de l’ingénierie (polysulfones, sulfures de polyphénylène et polyéthènes).

Figure 2: PEI CF. Source: Nanovia

Exigences relatives à l’utilisation des matériaux PAEK

Enfin, nous devons signaler que l’utilisation de ces matériaux avancés est destinée aux utilisateurs expérimentés d'imprimantes 3D de pointe. Pour utiliser ces matériaux, une imprimante 3D FDM/FFF doit satisfaire aux exigences minimales suivantes : température d’extrusion 370-400 ºC, température de base supérieure à 150 ºC, température de la chambre supérieure à 80 ºC. Ces valeurs sont nécessaires en raison de la sensibilité de déformation structurelle au contact de zones d’air à des températures différentes de ces matériaux.

La conclusion finale est que tous les matériaux appartenant à la famille PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF) sont au plus haut de l’utilisation industrielle en raison de leur température d’inflammabilité élevée, de leur résistance chimique, sa résistance mécanique et son bon rapport résistance/poids.