Préservation des matériaux d'impression 3D

Remarque : Ce guide traite des concepts de manière générale et sans se concentrer sur une marque ou un modèle spécifique, bien qu'ils puissent être mentionnés à un moment donné. Il peut y avoir des différences importantes dans les procédures d'étalonnage ou de réglage entre les différentes marques et modèles, il est donc recommandé de consulter le manuel du fabricant avant de lire ce guide.

La qualité finale des pièces imprimées est fortement influencée par la qualité de la matière première utilisée dans la production du filament, ainsi que par la conservation du filament.

En effet, plus les propriétés du filament sont homogènes et constantes, plus l'extrusion sera uniforme et meilleure sera la qualité de surface de la pièce finale.

En ce qui concerne la qualité de la matière première, l'utilisation de résines provenant de différents fabricants ou l'ajout de matériaux recyclés peuvent affecter les propriétés thermiques et rhéologiques du matériau. Si le mélange n'est pas complètement uniforme, les propriétés peuvent varier dans le filament, ce qui entraîne de petites incohérences dans l'extrusion qui se reflèteront dans la pièce. C'est pourquoi l'achat de filaments de qualité auprès de fabricants réputés et fiables est souvent la meilleure option lorsque l'on recherche la meilleure qualité d'impression.

Un autre facteur important est la préservation du filament. Le filament de la meilleure qualité peut donner une qualité médiocre ou des résultats inattendus s'il n'est pas stocké correctement. La température et l'humidité peuvent altérer et dégrader les propriétés des matériaux d'impression.

Effet de l'humidité sur les filaments

L'un des facteurs critiques de la conservation des matériaux d'impression et celui qui pose souvent le plus de problèmes est la conservation des filaments dans des environnements humides.

Image 1 : Pièce imprimée avec un filament sans humidité (à gauche) et avec humidité (à droite). Source : all3dp.com

Toutes les matières plastiques ont une propriété connue sous le nom d'hygroscopicité. Cette propriété définit la capacité du matériau à absorber l'humidité.

Dans une mesure plus ou moins grande, tous les filaments absorbent l'humidité, mais les plastiques sont souvent classés comme hygroscopiques et non hygroscopiques.

Les plastiques hygroscopiques ont une grande affinité pour l'absorption de l'humidité dans des pourcentages élevés. Cette humidité est absorbée au niveau moléculaire dans tout le matériau, même à l'intérieur du filament. Parmi les filaments, les matériaux considérés comme hygroscopiques sont les suivants:

• ABS
• ASA
• PETG
• CPE
• Nylon
• PC
• TPE
• TPU
• Tous les dérivés de ceux qui précèdent

Pour garantir une qualité d'impression maximale, il est conseillé de sécher périodiquement ces matériaux. Certains, comme le nylon ou le PC, doivent être séchés avant chaque utilisation, tandis que d'autres, comme l'ABS ou l'ASA, donnent des résultats acceptables même lorsqu'ils sont saturés d'humidité, en raison de leur faible degré d'hygroscopicité. Pour réduire la périodicité de séchage des filaments, il est conseillé de les conserver à l'abri de l'humidité dans des récipients hermétiques avec dessiccateur.

Image 2 : Pièce imprimée avec un filament de nylon humide avant séchage (à droite) et après séchage (à gauche). Source : all3dp.com

En général, ces types de filaments récupèrent entièrement leurs propriétés après le séchage, mais il existe certains cas spécifiques de plastiques hygroscopiques pour lesquels il n'est pas possible de régénérer entièrement le matériau après le séchage. Ces matériaux sont :

• PLA
• PVB
• PVA
• BVOH
• Tout filament dérivé de ceux qui précèdent ou de support hydrosolubles

La présence d'humidité dans ces matériaux produit un effet connu sous le nom d'hydrolyse. Au cours de ce processus, les molécules d'eau décomposent les groupes esters du polymère, provoquant ainsi la dégradation naturelle du matériau. C'est le principe selon lequel, par exemple, les supports PVA se dissolvent dans l'eau.

Pour ces matériaux, le stockage est critique et ils doivent être conservés à l'abri de l'humidité en permanence.

Image 3 : Conteneur Printdry pour le stockage du filament sous vide. Source : Printdry.com

Certains filaments, comme le PLA, ont une vitesse d'hydrolyse très lente, de sorte qu'il faut des semaines pour que le matériau se dégrade en présence d'humidité. Dans ces cas, la bobine peut être exposée à l'air pendant l'impression et conservée au sec uniquement pendant le stockage. Il est conseillé de sécher périodiquement le matériau pour prolonger sa durée de vie. Le principal indicateur qu'un filament de PLA a été dégradé par l'hydrolyse est la fragilisation du matériau. Un PLA dégradé par l'humidité sera cassant et aura tendance à se briser facilement. Dans ces cas, le séchage du filament permettra d'obtenir une qualité d'impression acceptable, mais les propriétés du matériau ne seront pas récupérées, de sorte que les pièces obtenues seront également plus fragiles.

Image 4 : Séchoir à filament actif Printdry pro. Source : Printdry.com

Dans le cas des matériaux de support hydrosolubles, tels que le PVA ou le BVOH, leur taux d'hydrolyse est très élevé et le matériau peut se dégrader en quelques heures d'exposition. Il est fortement recommandé de stocker ces matériaux dans des conteneurs spécifiques, même pendant l'impression. Dans ce cas, le séchage de la bobine peut être utile si le matériau n'a pas été exposé à l'humidité pendant une longue période, mais s'il n'a pas été correctement conservé, il sera, dans la plupart des cas, irrécupérable.Un filament de PVA ou de BVOH mouillé aura une très mauvaise adhérence et, dans de nombreux cas, provoquera un colmatage du bloc chauffant.

Bien que la meilleure façon de stocker ce type de matériau soit de l'emballer sous vide, la façon la plus courante est de le stocker dans des conteneurs hermétiques avec un matériau déshydratant. Cependant, ce dernier point est souvent mal réalisé.

Le matériau déshydratant le plus couramment utilisé est le gel de silice, qui est composé de billes microporeuses de silicate de sodium capables de capturer une grande quantité d'humidité. Ce déshydratant a une capacité limitée à capter l'humidité, et une fois saturé, il perd complètement son efficacité.

Image 5 : Sacs de gel de silice. Source : Pixabay.com

Les sacs déshydratants qui incluent les filaments sont généralement saturés lorsque nous achetons un matériau, car les fabricants les incluent pour éliminer l'humidité de l'intérieur du sac hermétique et assurer la préservation du matériau pendant le stockage avant la vente. Cependant, lorsque nous ouvrons un nouveau filament pour la première fois, l'humidité est réintroduite dans le sac hermétique, il est donc conseillé de remplacer périodiquement les sacs déshydratants.

Une option recommandée est d'acheter du gel de silice réutilisable. Ce matériau change de couleur lorsqu'il est saturé d'humidité, ce qui indique qu'il doit être remplacé. Le gel de silice saturé peut être régénéré indéfiniment pour être réutilisé en le chauffant dans un four à 180°C pendant quelques heures.

Image 6 : Gel de silice réutilisable avec indicateur d'humidité. Source : labchem-wako.fujifilm.com/

Quelques matériaux d'impression 3D sont considérés comme non hygroscopiques et ne nécessitent donc pas de mesures de conservation particulières. Ce sont :

• PP
• HIPS
• PVC

Effet de la température sur les filaments

La température n'est généralement pas un facteur critique pour la conservation des filaments d'impression 3D. Cependant, il y a un facteur à prendre en compte qui, dans certaines situations spécifiques, peut poser des problèmes.

Tous les thermoplastiques, qu'ils soient amorphes ou semi-cristallins, ont une propriété connue sous le nom de température de transition vitreuse (Tg). Lorsqu'un plastique est chauffé au-dessus de sa température de transition vitreuse, il devient viscoélastique, ce qui signifie que toute déformation du matériau devient permanente.

En général, tous les filaments ont une Tg bien supérieure aux températures de stockage habituelles, mais le problème peut se poser lorsqu'on essaie de sécher un filament en utilisant la température. Il est très important de ne pas dépasser la Tg pendant de longues périodes, car cela peut entraîner des variations du diamètre du filament ou, dans des cas extrêmes, la fusion de fragments de filament. C'est pourquoi le filament ne doit pas être séché à l'aide de fours de cuisine, qui ne sont pas en mesure de contrôler correctement la température.

D'autre part, les filaments PLA, surtout ceux de qualité supérieure, ont une Tg très basse, entre 45°C et 55°C. Cela permet de dépasser cette température dans certaines situations courantes, comme l'intérieur d'une voiture en été.

Il est très important de protéger les matériaux d'impression 3D de l'humidité afin d'obtenir une bonne qualité finale des pièces. Certains matériaux comme le nylon ou le PETG peuvent être facilement séchés pour régénérer leurs propriétés, mais d'autres, comme le PLA ou le PVA, se dégradent en présence d'humidité, modifiant définitivement leurs propriétés. Lors du séchage des filaments à la chaleur, il est très important d'utiliser un équipement spécialisé capable de contrôler précisément la température pour éviter de produire des déformations du filament qui pourraient affecter l'impression.

Pour garantir une qualité d'impression optimale et une conservation maximale du matériau, il est essentiel de le stocker dans des conditions de température et d'humidité adéquates.