Quels matériaux peut-on utiliser pour imprimer en 3D ?

L’impression 3D ne se contente pas d’utiliser un seul matériau, le plastique. Elle s’appuie sur de nombreux consommables de base, que l’on peut classer en quatre catégories : les plastiques, les métaux, les céramiques et les matières organiques. Chaque procédé d’impression s’accompagne de son propre type de matériau.

Les plastiques

Le PLA( acide polyactique)

Ce matériau est très répandu dans l’impression 3D à dépôt de filament fondu. Il provient de matières telles que l’amidon de maïs, les racines de manioc ou encore de betterave, origine végétale qui en fait un consommable écologique et non toxique. Il a l’avantage de pouvoir être utilisé pour produire des objets en contact avec la nourriture, tels que des assiettes. Cependant, il est sensible à l’eau et à la chaleur ; en contact répété avec l’un ou l’autre de ces éléments, il risque de se dégrader. Sa température d’impression s’étage entre 190 et 210 °C, et le plateau chauffant n’est pas nécessaire.

L’ABS acrylonitrile butadiène styrène)

Ce matériau issu du pétrole est également très utilisé dans la technique de dépôt de matière fondue. L’exemple type est celui des briques LEGO. Il a des propriétés plus intéressantes que le PLA en termes de résistance à l’eau ou à la chaleur. Son rendu est également plus lisse, ce qui requiert moins de traitement à la sortie de l’imprimante. Il est en outre très apprécié pour sa force et sa souplesse. Sa température d’impression varie de 200 à 250 °C, et un plateau chauffant est indispensable pour ne pas qu’il se rétracte en refroidissant. Il est disponible en de nombreuses couleurs.

Les matériaux de support (PVA et HIPS)

Le PVA (alcool polyvinylique) est lui aussi requis dans les impression 3D utilisant le dépôt de filament fondu ; son avantage est d’éviter les supports imprimés dans le même matériau que celui de la pièce, souvent ardu à éliminer. Il est en outre biodégradable, pouvant se dissoudre à l’eau. Il est donc très souvent utilisé pour le raft, c’est-à-dire le support soutenant la pièce sur le plateau pendant l’impression afin d’assurer sa stabilité. Il en est de même pour le HIPS (high-impact polystyrene, ou Polystyrène Haut Impact), qui se dissout quant à lui avec du D-Limonene, un solvant.

Les polyamides (PA)

Ces consommables sont utilisés dans la technique du frittage laser (SLS), pour laquelle ils se présentent sous forme de poudre. A la fois résistants et élastiques, ils requièrent une température de fonte allant de 235 à 260 °C, et n’ont pas nécessairement besoin d’un plateau chauffant. La plupart d’entre eux sont compatibles avec des aliments ; ils sont aussi très appréciés pour des mécanismes et engrenages, grâce au niveau élevé de détails qu’ils offrent. Une fois sculptées, les pièces peuvent être colorées en étant plongées dans un bain de teinture.

Les métaux

Ces matériaux sont très répandus dans les industries aéronautique, automobile et bio-médicale, et peuvent passer par des procédés d’impression tels que le frittage sélectif laser (SLS), le frittage laser direct de métal (DMLS) ou encore le E-Beam (EBM).

L’aluminium

A la fois léger et solide, il résiste bien à la corrosion et peut être soudé. Il est très utilisé dans les domaines où la faiblesse du poids est essentielle (pièces mécaniques des voitures de course, aéronautique, aérospatiale, vélos). On le trouve généralement sous forme d’alliage avec d’autres métaux qui améliorent ses propriétés physiques et mécaniques ; un exemple classique est l’Aluminium AlSi10Mg, constitué en outre de magnésium et silicium.

L’alumide

Mélange de polyamide et d’aluminium, ce matériau crée des pièces à la fois solides et flexibles, qui offrent une haute résistance à la chaleur. Les objets, produits par frittage laser, requièrent ensuite différentes finitions comme le polissage ou le meulage.

L’acier

L’acier fut le tout premier métal utilisé dans l’impression 3D. On trouve principalement de l’acier inoxydable, aussi appelé inox, très répandu grâce à ses bonnes propriétés mécaniques et son rendu poli et brillant. Il existe également des pièces en bronze ou en or qui utilisent l’inox comme matériau de base. On trouve également l’acier d’outillage Maraging, proposé par la société EOS, qui se caractérise par sa grande solidité, sa dureté et sa haute résistance à la rupture ; il est principalement destiné à la fabrication d’outillage rapide (découpage, extrusion…) et de moules.

Le titane

Excellent compromis entre solidité et légèreté, il est en outre biocompatible et oppose une grande résistance à la corrosion. Ces qualités en font un consommable fort répandu dans les domaines de la médecine et de l’aérospatial. En outre, l’impression 3D offre un rendu meilleur que les techniques traditionnelles, évitant les impuretés qui se forment lors de la phase de soudure. Il est cependant d’un coût très élevé, environ 50 fois supérieur à celui de l’acier.

Les céramiques

Dans cette famille, on trouve par exemple le sable, principalement utilisé pour fabriquer des moules de fonderie, le béton, le marbre ou encore la pierre. Les objets céramiques peuvent être imprimés selon la technique du frittage sélectif par laser (SLS), au moyen d’une poudre sèche préalablement comprimée, ou bien par solidification du matériau en état liquide.

Les matières organiques

Dans cette dernière famille, on trouve principalement les cires, utilisée par exemple pour le moulage en fonderie, pour des pièces mécaniques ou encore pour des pièces d’art et des bijoux. De manière plus surprenante, ont été créés des objets à base de chocolat, de bière ou encore de sucre. Enfin, il ne faut pas oublier les tissus humains, fabriqués à partir d’une structure en gel sur laquelle les cellules vivantes sont injectées ; néanmoins, cette technologie est limitée par la difficulté d’alimenter de manière constante en sang les cellules pour leur permettre de rester vivantes.