Extrusion: Du Granulé au Filament Pour l’Impression 3D

Source wikipédia: Extrusion d’un plastique

F3DF vous présente le processus d’extrusion des matériaux plastiques sous forme de granulés. Ce procédé est utilisé pour fabriquer les filaments qui alimente les imprimantes 3D. L’objectif est de mieux comprendre l’extrusion pour déterminer son influence sur la fabrication additive polymère.  

Principe de l’extrusion

Le procédé d’extrusion de plastique consiste à introduire dans une cavité de l’extrudeuse, la matière première qui est le plastique brut, sous forme de granulés solides.

La machine fait chauffer les granulats à une température convenable à l’extrusion, afin d’obtenir une pâte de plastique homogène et fondue.

Le moteur entraîne une vis sans fin qui tourne et force la pâte de plastique en fusion de s’avancer sous pression, à travers la tête d’extrusion de la machine.

Les granulés (matières extrudables, grade d’extrusion)

Les granulés sont la matière première utilisée pour l’extrusion, il est nécessaire de les étuver pour éviter la présence d’humidité. L’humidité entraîne la formation de bulles d’air durant l’extrusion, ce phénomène rend le filament plus cassant et altère le processus d’impression 3D.

Les extrudeuses (standards, hautes températures et laboratoires)

Les extrudeuses sont réparties en plusieurs catégories en terme de coût, débit de matière (Kg/h), température de mise en oeuvre, système de refroidissement (ventilateur ou bac à eau) et couple du moteur.

Source noztek.com:  Extrudeuse Noztek PRO © Noztek                  Source noztek.com: Enrouleuse © Noztek

La noztek pro représente l’entrée de gamme des extrudeuses pour fabriquer du filament ou consommable 3D. Pour l’impression 3D, le prix d’un filament de qualité reste élevé. Cette extrudeuse est adaptée aux granulés plastiques courants d’ABS, de PLA, de PEHD et de PS.

L’enrouleuse est équipée d’un capteur laser qui permet un calcul en temps réel de la vitesse d’extrusion du filament (contrôle de la hauteur du filament extrudé) et régule la vitesse du moteur de la bobine.

L’extrudeuse Xcalibur au design plus robuste, permet d’extruder des matériaux à haute viscosité. Cette extrudeuse est conçue pour l’extrusion de polymères tels que l’Ultem, Peek, ou Nylon, qui ont un point de fusion élevé. Le contrôle de la température est amélioré avec trois colliers de chauffe.

Extrudeuse haute température Xcalibur © Noztek

L’école des mines d’Alès possède une extrudeuse au sein du C2MA (Centre des Matériaux des Mines d’Alès). Dans ce cas de figure, le filament est refroidi dans un bac d’eau régulé puis entraîné dans une filière pour être enroulé.

Extrudeuse de laboratoire/industrielle aux mines d’ALÈS © YVROUD

Vidéo de présentation d’une extrudeuse de laboratoire:

Les consommables 3D (filaments)

La qualité d’extrusion détermine la qualité de l’impression 3D, un filament avec un diamètre irrégulier produira une pièce avec des irrégularités de surfaces et de performances.

Source boots industries.com: Qualité impression 3D © boots industries

Témoignage de Bertrand BEURY (expert en extrusion), gérant de l’entreprise BBFIL

Pour découvrir l’entreprise BBFIL: http://www.bbfil.fr/

Conclusion

Le consommable 3D est un élément essentiel dans l’impression 3D car il détermine les propriétés (mécaniques, thermiques et conductives) d’une pièce imprimée.

Il est nécessaire de maîtriser tout le processus, de la préparation des granulés plastiques (étuvage) à la production d’un filament 3D calibré (1.75 ou 2.85 mm).

Les filaments peuvent aussi être chargés avec différentes charges (minérales, composites,…) et additifs chimiques (plastifiant, colorant, anti-UV, …) pour améliorer les propriétés de la pièce finale imprimée.

Vous pouvez consulter cet article sur les plastiques hautes performances et les charges composites: http://www.a3dm-magazine.fr/10-thermoplastiques-a-connaitre/