Impression 3D PEEK : comment éviter le warping ?
Qu’est-ce que le warping ?
Le warping ou gauchissement en français est un phénomène physique qui apparaît lors de l’impression 3D. Il se manifeste par une torsion de la pièce et un décollement du plateau d’impression.
Quelles sont les causes du warping?
Le warping est causé par une rétractation naturelle que connaît le plastique lorsqu’il refroidit. Le phénomène est d’autant plus fort que la pièce est large. Les couches supérieures, en se rétractant, tirent les couches inférieures vers le haut, ce qui a pour effet de décoller la pièce du plateau d’impression.
La vidéo ci-dessous illustre très bien ce phénomène avec du ruban adhésif :
Comment éviter le warping?
Plusieurs solutions sont utilisées par les fabricants d’imprimantes 3D pour réduire le warping :
- Lits d’impression perforés
- Impression de couches supplémentaires autour de la pièce pour augmenter la surface de contact avec le lit et améliorer l’adhérence
- Usage de colle sur le plateau d’impression.
Toutefois, ces solutions n’empêchent pas les contraintes mécaniques dans la pièce et ne permettent que de contourner le problème, avec plus ou moins de succès.
Y a-t-il une solution viable pour éviter le warping ?
La seule solution viable est de maintenir la pièce à une température élevée proche de la température de transition vitreuse pour un polymère amorphe, ou de cristallisation dans le cas d’un semi-cristallin.
En simplifiant, on peut dire que la température de transition est la température à laquelle les matières plastiques commencent à ramollir.
Prenons, par exemple, le cas d’une pièce en ABS. Si la chambre d’impression est chauffée et maintenue à une température proche de sa température de transition vitreuse (par exemple 80°C ou mieux 90°C), la matière aura un comportement beaucoup plus homogène.
À chaque couche ajoutée la matière se rétractera d’environ 0.05% au lieu de 0.5%. Les tensions dans la pièce étant réduites, il n’y a plus de risque que la pièce se décolle ou se fissure.
Warping des polymères hautes performances (PEEK, PEI, PEKK, …)
Les matériaux hautes performances tels que PEEK (PolyEtherEtherKetone), le PEI (PolyEtherImide) et le PEKK (PolyEtherKetoneKetone) ont des propriétés mécaniques et thermiques exceptionnelles, mais sont encore plus difficiles à imprimer que les thermoplastiques « standards » comme le PLA ou l’ABS.
Ils ont des températures de cristallisation et/ou transition vitreuse très élevées (plus de 200°C) et certains présentent une rétractation de 2% (contre environ 0,5% pour l’ABS et 0,2% pour le PLA).
Une pièce de 200 mm de long se rétracte donc de 4 mm à chaque couche si la chambre d’impression n’est pas chauffée à la bonne température.
Tête d’extrusion, plateau chauffant et chambre chauffante
Il ne suffit donc pas d’avoir une tête d’extrusion qui puisse extruder la matière (souvent à plus de 400°C) et un plateau chauffant pouvant atteindre 200°C pour imprimer des polymères hautes performances.
Il est d’ailleurs totalement impossible d’imprimer de grandes pièces en PEEK avec une chambre ne chauffant qu’à 90°C ou 120°C, seulement de petites pièces (malheureusement, on ne peut aller contre les lois de la physique).
Il est ainsi indispensable d’avoir une chambre chauffée à très haute température, généralement 270 – 280°C afin de limiter les déformations du PEEK par exemple.
Les groupes de chimie fabricant le PEEK et les polymères haute performances travaillent tous sur des matériaux adaptés à l’impression 3D, mais dans tous les cas une chambre chauffée améliorera la qualité des pièces produites.
