Humidité: la grande ennemie des filaments pour l'impression 3D

L'humidité est l'eau qui imprègne un corps ou la vapeur présente dans l'atmosphère. Pour tous les êtres vivants, l’eau est ce dont ils ont le plus besoin pour survivre, plus encore que les aliments, mais pour les éléments non vivants, l’humidité est souvent une source de problèmes car elle provoque l’oxydation et la dégradation de nombreux matériaux. Dans le cas de l’impression 3D, plus particulièrement sur les filaments, la concentration d’humidité excessive peut provoquer une longue liste de problèmes, tous avec la même fin, une impression 3D ratée.

Les effets de l’attraction de l’eau peuvent entraîner les problèmes suivants: fragilité accrue, diamètre accru (problèmes éventuels avec les imprimantes à extrusion de type Bowden), dégradation des filaments, Briser le filament, etc. Il est également nécessaire de tenir compte du fait que les filaments qui ont absorbé l’eau auront une température plus élevée pour l’extrusion. N’oublie pas d’éviter d’avoir les filaments sur l’imprimante si tu n’imprimes pas. Ils peuvent se coincer dans l’extrudeuse parce qu’en absorbant de l’eau ils grossissent et augmentent de diamètre.

La carte ci-dessous montre l’humidité relative moyenne annuelle (rapport en pourcentage entre la quantité de vapeur d’eau réelle que contient l’air et celle qu’il faudrait contenir pour saturer à la même température) valeur obtenue à partir de la moyenne de l’humidité enregistrée au cours des douze mois de l’année. L’humidité relative est très différente en fonction de la partie de la géographie européenne dans laquelle se trouve, étant plus prononcée dans la zone nord du continent.

Figure 1: Carte de l'humidité relative en Europe. Source: NeoGAF

Les principales conséquences de l'humidité d'un filament sont les suivantes:

• Dégradation des filaments : Les filaments hygroscopiques sont susceptibles d’absorber une grande partie de l’eau, car les molécules d’eau se lient aux molécules des polymères, formant ainsi des liens intermoléculaires forts. Ces liaisons peuvent entraîner des micro-ruptures internes qui affaiblissent la structure même du filament.
• Obstruction de l'extrudeur / HotEnd : L’humidité concentrée dans le filament lors du chauffage dans le HotEnd s’évapore, provoquant des trous à l’intérieur du filament, ce qui en fait une pâte bouchant le Barrel (Heat Break) ou la buse (Nozzle). Ce problème est très courant lorsque l’on utilise des filaments de nylon présentant des taux d’humidité élevés (>20 %).
• Impressions 3D de faible qualité (résistance et finition) : l’assemblage de ce qui précède donne des impressions 3D avec de nombreux problèmes, tant au niveau mécanique qu’en surface. Les espaces entre les couches (pas toujours visibles à l’œil ) provoqués par l’évaporation de l’eau sont des points critiques où des fissures qui sont facilement générées par l’application de faibles valeurs de force. Lorsque la concentration d’humidité est forte, les trous mentionnés ci-dessus provoquent une finition superficielle rugueuse et blanchissante.

Figure 2: Problèmes générés par l'humidité. Source: PrintDry

En raison de l’évolution du monde de l’impression 3D, il existe des filaments à haute résistance à l'humidité, comme le PETG ou le CPE HG100, des copolyesters qui peuvent être exposés à l’eau à de longs intervalles de temps sans problèmes. Parmi les autres filaments, certains ont une résistance modérée, comme le PLA ou l’ABS, d’autres, en particulier les Nylons et le PVA, qui sont très susceptibles d’absorber l’humidité, atteindre des valeurs élevées en moins d’un jour.

Certains utilisateurs d’imprimantes 3D utilisent des méthodes conventionnelles pour éliminer l’humidité du filament et pour le stocker, telles que le séchage du matériau dans un four domestique et le stockage du filament dans des boîtes avec une fermeture qui n’est pas totalement étanche. Outre qu’elles sont dangereuses pour le four domestique, ces mesures ne sont pas totalement efficaces, en particulier pour les matériaux techniques et avancés. Voici une série de recommandations professionnelles pour l’élimination de l’humidité et pour le stockage des filaments afin d’éviter l’absorption:

Séchoir de filaments

Le meilleur moyen d’éliminer l’humidité contenue dans un matériau est d’utiliser un séchoir à filaments, comme le séchoir à filaments PrintDry, un dispositif capable de rompre les liens intermoléculaires entre l’eau et le polymère grâce à sa température de séchage (35-70 ºC) et au flux d’air naturel qui existe à l’intérieur, qui entraîne l’humidité de la surface du filament dans l’air qui l’entoure. La valeur idéale de l’humidité dans un filament est comprise entre 10-13 %.

Stockage

Aussi bien au début de l'utilisation d'une nouvelle bobine qu'après le séchage d'un filament, le stockage correct est essentiel pour maintenir le pourcentage minimum d'humidité. Pour les matériaux conventionnels (PLA ou ABS) et les intervalles de stockage courts (<2 mois), l'utilisation d'un sac sous pression avec une "grip" est suffisante. Cette mesure n'est pas suffisante en cas de stockage prolongé ou avec des matériaux techniques et avancés. La solution idéale est d'utiliser des récipients de filaments hermétiques scellés sous vide PrintDry, des récipients en plastique à haute résistance, où chaque utilisateur peut stocker son filament en toute sécurité sans se soucier de l'humidité qu'il prend. Le potentiel de ces récipients se trouve dans le couvercle, car il abrite une valve de vide, à travers laquelle et à l'aide d'une pompe manuelle (incluse avec les récipients), l'air est extrait de l'intérieur de l'emballage, permettant un stockage sans poussière ni humidité. De cette façon, l'état correct du filament peut être garanti, même si plusieurs mois se sont écoulés depuis que la bobine a été retirée de son sceau d'usine d'origine. De plus, il faut considérer que l'humidité relative de la zone où le matériel est stocké l'affecte en grande quantité, soit le moins possible sans nuire à la santé de l'utilisateur (Une bonne valeur serait sur 40 %).

Durée de vie utile du filament

La durée de vie d'un filament de qualité depuis sa fabrication est de 2 à 3 ans, tant qu'il est dans son emballage d'origine et sous vide. Une fois le sac original ouvert, le temps nécessaire pour perdre ses propriétés mécaniques et de couleur dépend du type de matériau et du stockage. Un PLA ou ABS stocké de cette manière peut conserver ses propriétés pendant plus d'un an, mais s'il n'est pas bien stocké, il résistera seulement à un dixième du temps. Dans les matériaux plus délicats, tels que les nylons et le PVA, la perte totale de sa durée de vie peut être de quelques jours.

Il est donc évident que le maintien de filaments à faible taux d'humidité (10-13 %) est un facteur clé à garder à l'esprit à tout moment, pour éviter les problèmes avant, pendant et après une impression 3D.

Une fiabilité maximale lors de l'impression est vitale pour contrôler le plus grand nombre possible de variables, et l'humidité est l'une d'entre elles pour assurer une robustesse maximale dans le processus d'impression.