Le nylon (alias polyamide PA) est un plastique technique solide et un polymère largement utilisé dans la fabrication additive, connu pour sa résistance à la chaleur, à l'abrasion, à la friction et aux produits chimiques. La microstructure semi-cristalline du nylon offre un excellent rapport rigidité/flexibilité et peut être combinée ou améliorée avec d'autres matériaux pour améliorer ses performances et ses caractéristiques. Les pièces en nylon imprimées en 3D peuvent être utilisées dans divers domaines, du textile aux prothèses médicales en passant par les pièces aérospatiales.
Nylon apparu pour la première fois en 1935 sous le nom de nylon 6.6. Il a été développé par Wallace Carothers, qui a ensuite travaillé chez DuPont. Le premier matériau en nylon a été breveté en 1937 et commercialisé en 1938 et reste aujourd’hui l’un des matériaux plastiques les plus utilisés. Le nylon est principalement utilisé dans l’industrie textile pour sa flexibilité et sa durabilité. Il a été utilisé pour la première fois dans la production de bas pour femmes en 1940. L’une des propriétés les plus intéressantes de ce matériau, même en impression 3D, est sa flexibilité. Le nylon 6, quant à lui, a été initialement produit par Paul Schlack dans le laboratoire IG Farben et breveté en 1941. Toutes les autres formes de nylon sont apparues plus tard.
En plus de ceux déjà cités, il existe deux types de nylon largement utilisés dans l’industrie : le PA11 et le PA12. Il est intéressant de noter qu’ils ne se distinguent pas seulement par un seul atome de carbone, mais qu’ils ont également des origines très différentes. Le PA11 est fabriqué à partir d’huile de ricin, une ressource naturelle renouvelable, tandis que le PA12 est fabriqué à partir de pétrole. Il y a beaucoup de débats sur l'origine du nylon et son impact sur l'environnement. S'il était disponible, les utilisateurs choisiraient le PA11 plutôt que le PA12 en raison de ses bonnes propriétés pour les articles en contact avec la peau. Mais il faut admettre que même le PA11 n’est pas totalement respectueux de l’environnement, car il n’existe généralement aucun endroit où le recycler et il est donc jeté comme les autres types de plastique. Lorsqu'il s'agit d'impression 3D, il est important de noter que le nylon sous forme de poudre peut être réutilisé pour plusieurs impressions. En particulier, le procédé HP Multi Jet Fusion est connu pour utiliser des polyamides tels que le PA12 et le PA11 et a un taux d'utilisation plus élevé que la technologie SLS.
MSP Corp
- résistant et partiellement flexible
- haute résistance aux chocs
- Pas de mauvaise odeur lors de l'impression
- Bonne résistance à l'usure
Défaut
- Facile à déformer
- Besoin d'un stockage hermétique pour éviter l'absorption d'eau
- Un séchage incorrect des consommables peut entraîner des défauts d'impression
- Ne convient pas aux environnements humides
Pourquoi utiliser le nylon comme matériau d’impression 3D ?
Idéal pour les prototypes et les pièces fonctionnelles telles que les engrenages et les outils, le nylon peut être renforcé avec des fibres de carbone ou de verre pour plus de résistance, ce qui donne lieu à des pièces légères dotées d'excellentes propriétés mécaniques. Cependant, le nylon n’est pas particulièrement rigide comparé à l’ABS. Par conséquent, si votre pièce nécessite de la rigidité, vous devrez envisager d’utiliser du matériel supplémentaire pour renforcer votre pièce.
Le nylon a un rapport rigidité/flexibilité élevé. Cela signifie que lors de l'impression de parois fines, votre pièce sera flexible et lors de l'impression de parois épaisses, votre pièce sera rigide. Ceci est idéal pour produire des composants tels que des charnières vivantes avec des pièces rigides et des joints flexibles.
Étant donné que les pièces imprimées avec du nylon ont généralement une bonne finition de surface, moins de post-traitement est nécessaire.
Combiné avec des technologies de lit de poudre telles que SLS et Multi Jet Fusion, le nylon Impression 3D peut être utilisé pour créer des pièces mobiles et imbriquées. Cela élimine le besoin d’assembler des composants imprimés individuellement et permet de produire beaucoup plus rapidement des objets très complexes.
Matériau en nylon imprimé en 3D
Le nylon est disponible sous forme de poudre ou de filament, adapté aux technologies d'impression 3D telles que SLS, Multi Jet Fusion ou FDM. Le nylon est classé selon sa composition chimique, notamment le nombre d'atomes de carbone qu'il contient – les plus connus sur le marché de l'impression 3D sont sans aucun doute le PA12 et le PA11, et le PA6 pour le FDM. Le filament de nylon nécessite généralement des températures d'extrusion proches de 250°C. Cependant, en raison de sa composition chimique, certaines marques de nylon permettent l'impression 3D à des températures aussi basses que 220°C. De nombreuses imprimantes 3D ne contiennent pas de hotend pouvant atteindre 250 ºC en toute sécurité, ces versions à température inférieure peuvent donc être utiles et il n'est peut-être pas nécessaire de mettre à niveau le hotend. Un grand défi avec les filaments de nylon est qu’ils sont hygroscopiques, ce qui signifie qu’ils absorbent facilement l’humidité de leur environnement. Une fois que le nylon d'impression absorbe l'humidité, cela entraînera des problèmes de qualité d'impression. Le stockage des consommables devient donc très important et nécessite une attention particulière.
Pour le nylon en poudre, le nylon le plus couramment utilisé est le PA12. Il est apprécié pour ses très hautes propriétés mécaniques et thermiques : il est très dur, résistant même à très basse température, résistant aux contraintes et a une faible teneur en humidité. De plus, il est facile à post-traiter (peintures, teintures, etc.). Le PA11 est également disponible sous forme de poudre et partage bon nombre des mêmes propriétés que le PA12, mais présente quelques différences importantes. Il a une bonne stabilité thermique, une résistance à la lumière et aux UV, ainsi qu'une bonne élasticité. Les pièces imprimées avec le PA11 sont également plus durables, ce qui en fait un matériau idéal pour produire des prototypes fonctionnels ou des pièces finales dotées de propriétés mécaniques importantes. Mais il convient de noter que le PA11 absorbe plus d’eau que le PA12.
Applications du nylon dans l'impression 3D
La flexibilité et la résistance du nylon le rendent idéal pour les pièces automobiles, telles que la fabrication de pièces résistantes au frottement et à la déformation. Il est également utilisé pour fabriquer des engrenages, des charnières et pour remplacer certains plastiques utilisés dans le moulage par injection. De plus, il est biocompatible, ce qui signifie qu’il pourrait être utilisé pour fabriquer des prothèses et d’autres pièces en contact avec la peau. Les pièces en nylon peuvent également être utilisées dans les avions : par exemple, la société américaine Metro Aerospace a récemment dévoilé des microlames en nylon renforcé de verre, imprimées en 3D, conçues pour réduire la traînée. Grâce à ce processus d'impression 3D, Metro Aerospace a pu garantir la cohérence de ses composants de qualité aéronautique, facilitant ainsi l'obtention de l'approbation de la FAA. . Il peut également être facilement peint pour un look encore plus attrayant.
Les composites à base de nylon et de polyamide sont les mieux adaptés aux techniques d'impression 3D sur lit de poudre telles que le frittage sélectif laser (SLS) et la fusion multi-jets (MJF), et il en existe de nombreux types différents sur le marché. Le matériau en nylon est également disponible sous forme de filament pour une utilisation dans les imprimantes 3D FDM. Cependant, l'utilisation de filaments de nylon en FDM peut être plus difficile en raison des températures d'impression élevées et des problèmes de déformation.
SLS
Les poudres de nylon sont largement utilisées dans le processus d'impression SLS, le polyamide 11 (PA11) et le polyamide 12 (PA12) étant les deux polyamides les plus couramment utilisés. Le PA11 a une excellente résistance aux UV et aux chocs, tandis que le PA12 a une résistance et une rigidité plus élevées. Il existe également divers matériaux composites, tels que le verre, la fibre de carbone et les polyamides renforcés d'aluminium, qui peuvent offrir des propriétés mécaniques plus élevées. Actuellement, SLS est la technologie la plus fiable pour l’impression 3D en nylon, bien que la technologie Multi Jet Fusion offre des vitesses plus élevées et une meilleure précision dimensionnelle.
Fusion multi-jets
La technologie Multi Jet Fusion de HP prend en charge une gamme de matériaux d'impression 3D en nylon, à savoir le PA11, le PA12 et les billes de verre HP 3D High Reusability PA 12 (matériau polyamide chargé à 40 % de billes de verre). La poudre de nylon de MJF est hautement réutilisable, car l'excédent de poudre (jusqu'à 70 %) peut être recyclé et réintroduit dans le processus d'impression sans compromettre les propriétés mécaniques de la pièce.
Modélisation par dépôt en fusion
Bien que le FDM puisse être utilisé pour imprimer du nylon en 3D, le nylon nécessite des températures d'impression plus élevées que celles que de nombreuses extrudeuses FDM peuvent supporter. Comparés au SLS et au MJF, les filaments de nylon FDM ne sont pas largement utilisés dans les applications industrielles, mais il existe encore plusieurs imprimantes 3D FDM sur le marché optimisées pour ce cas d'utilisation. Par exemple, Markforged propose son matériau exclusif Onyx. L'onyx, un composite de fibres d'ylon et de microcarbone qui produit des pièces robustes et résistantes à la chaleur adaptées aux applications finales, est considéré comme 1.4 fois plus solide et plus rigide que les pièces en ABS.
Précautions pour l'impression 3D de pièces en nylon
fusion multi-jets
La technologie HP Multi Jet Fusion (MJF) imprime rapidement, capture des détails plus complexes dans les conceptions et offre une précision dimensionnelle élevée. Au cours de ce processus, l'imprimante MJF distribue une couche de poudre sur la plateforme de fabrication. Un flux chimique est ensuite pulvérisé sur chaque nouvelle couche de poudre pour aider la poudre à absorber l'énergie de la lumière infrarouge de l'imprimante et à former la pièce finale.
Il y a plusieurs considérations clés pour l’impression 3D de nylon avec MJF :
- Vous devez concevoir la pièce avec une épaisseur de paroi d'au moins 1 mm. Cependant, si vous concevez une charnière vivante, l'épaisseur minimale de la paroi doit être de 0.3 mm.
- L'épaisseur minimale du mur et la distance minimale entre deux éléments (également appelée espacement du canal) doivent être de 0.762 mm.
- Vous devez toujours inclure des trous d'évacuation dans votre conception pour éliminer la poudre de nylon après l'impression.
De plus, lorsque vous utilisez du nylon pour des processus de fabrication additive sur lit de poudre, assurez-vous que votre conception inclut suffisamment d'espace entre les éléments et évitez de concevoir des pièces grandes ou plates. Si vous ne le faites pas, votre pièce finale aura tendance à se déformer.
Modélisation par dépôt en fusion
Bien que le nylon et les composites à base de nylon soient les mieux adaptés aux processus de fabrication additive tels que le MJF et le frittage sélectif au laser (SLS), vous pouvez également imprimer en 3D du nylon à l'aide de la modélisation par dépôt fondu (FDM). Avec le FDM, les filaments de nylon sont fondus et le matériau fondu est extrudé à travers une buse sur une plate-forme. La pièce est ensuite construite couche par couche.
Lors de l'impression 3D d'un filament en nylon, gardez à l'esprit :
- Contrairement à MJF, vous devrez peut-être inclure des structures de support dans votre conception.
- La déformation peut être minimisée en préchauffant la plate-forme, en éteignant les ventilateurs de refroidissement de l'imprimante ou en utilisant une imprimante avec une chambre ou un boîtier chauffé.
- Votre imprimante doit avoir une extrémité chaude entièrement métallique capable de supporter des températures supérieures à 250°C et un plateau pouvant aller jusqu'à 65°C.
De plus, le nylon absorbe beaucoup d'humidité de l'air, ce qui peut entraîner une mauvaise adhérence entre les couches, des surfaces rugueuses, des trous microscopiques et des bulles d'air. Des mesures spéciales doivent être prises pour garder le matériau en nylon exempt d'humidité afin d'éviter ces problèmes.
Pièces en nylon imprimées en 3D par AN-Prototype
Garder ces conseils et considérations de conception à l’esprit peut vous aider à créer des pièces fonctionnelles en nylon imprimées en 3D. Si vous envisagez d'utiliser du nylon pour votre prochain projet d'impression 3D, envisagez de travailler avec un fabricant expérimenté pour simplifier et accélérer le processus et garantir les meilleurs résultats possibles.
Lorsque vous travaillez avec AN-Prototype, notre équipe d'experts en conception veillera à ce que vos conceptions soient optimisées pour la fabrication et imprimera vos pièces en utilisant les dernières technologies additives. Prêtes à imprimer en 3D des pièces en nylon de haute qualité rapidement et à moindre coût, contactez-nous dès aujourd'hui.