Qualités du filament PLA

Quelles sont les propriétés du filament d'acide polylactique (PLA) et comment affectent-elles votre expérience d'impression 3D ? Nous souhaitons répondre à cette question dans cet article. Nous passerons en revue toutes les propriétés mécaniques et thermophysiques pertinentes du filament PLA et vous expliquerons comment il se compare à d'autres thermoplastiques comme l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et le polyéthylène téréphtalate glycol (PETG) et pourquoi c'est important. Attachez vos ceintures pour une aventure en science des matériaux appliquée que vous ne trouverez nulle part ailleurs !

• Température d'impression : La température d'impression du filament PLA doit être supérieure au point auquel il commence à agir comme un liquide, car le filament PLA peut être amorphe, il n'a pas de point de fusion comme la plupart des autres matériaux, mais il commence à bien couler à environ 160 ⁰C. Le PETG commence à couler à environ 230 ⁰C et l'ABS à environ 240 ⁰C. Une température d'impression plus élevée signifie également que le plastique diminue davantage de température pour atteindre la température ambiante, de sorte que des points de fusion plus élevés entraînent indirectement plus de déformation et de courbure (toutes choses égales par ailleurs). Qu'est-ce qui compte d'autre pour la déformation et le courbure ? Le coefficient de dilatation thermique, dont nous parlerons ensuite.
• Dilatation thermique : Le coefficient de dilatation thermique (CTE) décrit la mesure dans laquelle un matériau grossit ou rétrécit en fonction de sa température. Un CTE élevé signifie que les dimensions du matériau sont plus sensibles à un changement de température donné. Le filament PLA a un coefficient de dilatation thermique de 68e-6/⁰C tandis que l'ABS a un CTE de 90e-6/⁰C et le PETG a un CTE de 68,4e-6/⁰C. Vous pouvez voir que l'ABS a un CTE nettement plus élevé que les filaments PETG et PLA, et c'est en partie pourquoi l'ABS est si sujet à la déformation et au gondolage.
• Température de déflexion thermique : La température de déflexion thermique d'un matériau est la température à laquelle le plastique commence à se ramollir et à se plier facilement sous une charge. Une température de déflexion thermique élevée est ce que les gens appellent communément « résistance à la chaleur ». Le filament PLA a une température de déflexion thermique de 55 ⁰C, tandis que l'ABS est à 100 ⁰C et le PETG est à 71 ⁰C. Vous pouvez voir que l'ABS a la plus grande résistance à la température, puis le PETG, et enfin le PLA a la plus faible.
• Résistance : La résistance est un sujet déroutant pour beaucoup, car elle dépend du processus de fabrication, elle peut faire référence à la résistance sous plusieurs types de charges différents et est souvent confondue avec la ténacité (sujet suivant). En général, dans les plastiques, la résistance fait référence à la limite d'élasticité à la traction du matériau en vrac (cela ignore la résistance adhésive intercouche). Pour savoir comment fabriquer les pièces imprimées en 3D les plus solides possibles, consultez cet article . La limite d'élasticité à la traction est la contrainte que le matériau peut supporter avant de se déformer de manière permanente, de sorte que lorsque la charge est supprimée, le plastique ne revient pas à sa forme d'origine. La résistance à la traction des filaments PLA, ABS et PETG est respectivement de : 60, 40 et 50 MPa. Vous pouvez voir que le PLA est en fait le plus résistant, mais nous savons qu'il ne résiste pas bien aux charges ou aux impacts répétés. Cela nous amène au sujet suivant : la ténacité !
• Robustesse : La robustesse ressemble beaucoup à la résistance, mais un peu différente. Techniquement, c'est l'intégrale de la courbe de contrainte et de déformation capturée lors des tests de résistance, mais la comprendre n'est pas forcément si compliqué. Le caoutchouc est dur, mais fragile. Vous pouvez le frapper avec un marteau et il ne se casse pas, mais si vous l'attrapez et tirez, vous pouvez le déchirer en deux facilement. Les céramiques (comme les assiettes de cuisine) ne sont pas dures, mais elles sont solides. Si vous les frappez avec un marteau, elles se briseront, mais vous ne pourrez pas les séparer facilement. Plus un matériau est dur, plus son allongement maximal avant rupture est important et plus il est résistant aux impacts. Les filaments PLA, ABS et PETG ont des résistances aux chocs de 16, 200 et 101 respectivement. Vous pouvez voir que le PLA n'est pas très dur, l'ABS est très dur et le PETG est au milieu.
• Rigidité : La rigidité décrit la mesure dans laquelle un matériau se plie sous une charge donnée. L'acier est rigide alors que le caoutchouc ne l'est pas. Cette propriété est généralement caractérisée par le module de Young (également appelé module d'élasticité). Les valeurs pour les filaments PLA, ABS et PETG sont les suivantes : 3,6, 2,0 et 2,1 GPa. Vous pouvez voir que le PLA est de loin le plus rigide des trois matériaux. Il arrive souvent qu'une résistance et une rigidité élevées soient associées à une faible ténacité (tout comme la céramique), et l'inverse est également vrai (comme le caoutchouc).
• Conductivité thermique : la conductivité thermique a un impact sur la facilité avec laquelle vous pouvez imprimer le plastique. Une conductivité thermique plus élevée signifie que la chaleur se propage plus rapidement de la surface de votre filament vers le centre du filament. Un plastique avec une conductivité thermique plus élevée sera plus facile à extruder et refroidira plus rapidement (si la densité et la chaleur spécifique sont égales) que les matériaux avec une conductivité thermique plus faible. Les filaments PLA, ABS et PETG ont les conductivités thermiques suivantes : 0,16, 0,1 et 0,2 W/(m*K).
• Chaleur latente de fusion : La chaleur latente de fusion décrit la quantité d'énergie nécessaire pour faire fondre une substance. Pensez à l'eau glacée. Que fait la glace ? Elle maintient l'eau à son point de fusion (32 ⁰F = 0 ⁰C) jusqu'à ce que toute la glace fonde. Lorsque la glace fond, de l'énergie y est stockée. De même, il faut de l'énergie pour faire fondre le PLA. En fait, il faut environ 93,6 kJ par kg de PLA (en fonction de la cristallinité de votre PLA particulier) pour faire fondre un filament PLA. Cela se compare à 110 kJ/kg d'ABS. En d'autres termes, le chauffage de votre hotend doit travailler 15 % plus dur juste pour faire fondre l'ABS, et il doit bien sûr travailler encore plus dur pour maintenir la buse aux températures d'impression élevées de l'ABS. C'est en partie pourquoi le PLA est plus facile à imprimer en 3D que l'ABS.

Vous comprenez maintenant la plupart des propriétés des matériaux qui affectent la qualité de vos impressions 3D et la facilité avec laquelle vous pouvez imprimer des objets en 3D. J'espère que cela vous aidera à mieux comprendre le processus d'impression 3D. Si vous avez des questions, des commentaires, des suggestions ou des commentaires de haute qualité, veuillez les laisser dans la section commentaires. Merci à tous !