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PEEK VS PEKK : l’impression 3D de matériaux haute-performance


par Roderick REBER, Ingénieur chez Arkema Inc.

Depuis quelques années, les imprimantes 3D capables d’imprimer du PEEK (polyétheréthercétone), l’un des polymères à ultra-haute performance les plus connus, font l’objet d’un grand intérêt.

La volonté d’imprimer du PEEK est compréhensible, car c’est dans bien des cas un matériau optimal pour des applications professionnelles et industrielles. Cependant, de nombreuses propriétés qui le rendent si attractif le rendent aussi très difficile à utiliser en impression 3D FFF (dépôt de filament fondu).

THERMOPLASTIQUES AMORPHES ET SEMI-CRISTALLINS : QUELLE DIFFÉRENCE ?

Les matières plastiques peuvent être divisées en deux catégories :

  • Amorphe : les polymères amorphes sont constitués de longues molécules en « désordre ». L’analogie souvent utilisée est un bol de spaghettis cuits.
  • Semi-cristallin : les polymères semi-cristallins contiennent à la fois des régions amorphes désordonnées et des domaines cristallins où les chaînes de molécules s’ordonnent en motifs.

La plupart des polymères utilisés en impression 3D (FFF) entrent dans la catégorie des matériaux amorphes car ils sont beaucoup plus faciles à traiter que les matériaux semi-cristallins.

En effet, les polymères amorphes subissent moins de changements dimensionnels lors du refroidissement, et la structure désordonnée permet une certaine diffusion et un enchevêtrement entre les chaînes polymères dans les couches adjacentes. Il en résulte une meilleure précision dimensionnelle et une meilleure adhérence de la couche pour les objets FFF.

LE PEEK, UN MATÉRIAU HAUTEMENT CRISTALLIN

Le PEEK est un matériau hautement cristallin avec une cinétique de cristallisation très rapide. Comme la plupart des matériaux semi-cristallins, il subit un changement dimensionnel important (rétrécissement) lorsqu’il se cristallise.

Pour surmonter ce problème, de nombreux fabricants d’imprimantes 3D ont pris des mesures radicales pour augmenter l’adhérence du support d’impression. Ils extrudent aussi souvent à très haute température pour faire fondre partiellement la couche précédente afin d’essayer de réduire le phénomène de « warping ».

Le warping, ou gauchissement, correspond à la rétractation du thermoplastique à la surface d’impression. Il en résulte un décollement de l’objet imprimé, d’abord sur le pourtour de l’objet et qui peut aboutir à un décollement total de la pièce.

MATÉRIAUX ULTRA-HAUTE PERFORMANCE : LES PAEK

Le PEKK (Poly-Ether-Cétone) et le PEEK (Poly-Ether-Ether-Cétone) font tous deux partie de la famille PAEK (Poly-Aryl-Ether-Cétone) des polymères thermoplastiques à ultra haute performance. Cette famille de polymères est connue pour leurs propriétés très intéressantes :

  • excellente résistance,
  • résistance chimique,
  • températures d’utilisation élevées,
  • difficilement inflammable.

Ces matériaux sont donc couramment utilisés en impression 3D dans les applications les plus exigeantes.

PEKK VS. PEEK

Le PEKK et le PEEK ont des structures chimiques très similaires, à l’exception de deux différences essentielles.

1. Le PEKK remplace l’une des liaisons éther flexibles par un groupe cétone plus rigide. La température de transition vitreuse (Tg) – là où le matériau commence à ramollir – augmente ainsi d’environ 15°C par rapport au PEEK.

2. Le deuxième groupe cétone est substitué sélectivement ortho (droit) ou para (coudé). En variant le nombre de sections droites et coudées, il est possible de contrôler le point de fusion et la vitesse de cristallisation.

Par exemple, un polymère PEKK avec 60% de segments droits et 40% de segments coudés fondra à environ 305°C et sera si lent à cristalliser qu’il est souvent appelé « pseudo-amorphe ».

Le même polymère avec 80% de segments droits et 20% de segments coudés aura un point de fusion d’environ 360°C, et un taux de cristallisation similaire à celui du PEEK.

Les structures chimiques du PEEK (en haut) et du PEKK (en bas) indiquent l’emplacement varié de la dernière liaison à droite.
Source : Arkema/Machina Corp

Le taux de cristallisation « modifiable » du PEKK permet de profiter à la fois des très hautes performances des PAEKs tout en ayant la facilité de traitement des matériaux amorphes. En d’autres termes, le PEKK est plus facile à imprimer en 3D que le PEEK (meilleure adhérence des couches), tout en offrant des propriétés de force et de résistance similaires (meilleure précision dimensionnelle).

La plupart des utilisateurs de filaments fabriqués avec le filament PEKK Kepstan® ont noté des impressions réussies dès le premier essai, avec de nombreux retours sur le fait qu’il est aussi facile à imprimer que l’ABS.

Les filaments fabriqués avec le PEKK Kepstan® d’Arkema sont disponibles auprès de plusieurs fournisseurs de filaments. Le matériau est également disponible en qualités renforcées de fibres de carbone et dissipatrices électrostatiques (ESD).

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About this author

Rod Reber

Roderick est ingénieur au service technique chez Arkema Inc. Il est expert dans l'utilisation du matériau PEKK en fabrication additive.