Qu’est-ce que l’impression 3D de granulés ?

L’impression 3D de granulés, parfois appelée fabrication de granulés fondus (FGF), est une variante de la modélisation par dépôt de filament fondu (FDM, ou FFF pour “fused filament fabrication”) qui utilise des granulés comme matière première au lieu de filaments.

Bien que le format filament convienne à la plupart des applications d’impression 3D, l’impression 3D à partir de granulés s’est taillé une place de choix dans le prototypage et l’impression grand format. Elle peut effectivement offrir des avantages importants tels que des coûts réduits et une vitesse de fabrication plus élevée.

Toutefois, pour utiliser des granulés comme matière première, il faut un type d’extrudeur spécial, différent de celui que l’on trouve sur une imprimante FDM.

Fabrication additive de granulés : comment ça marche ?

Le processus d’extrusion des granulés

L’impression 3D de granulés emprunte des aspects à la fois du FDM et aux processus de formage du plastique tels que le moulage par injection. Comme en FDM, elle construit des pièces couche par couche en extrudant du matériau fondu à partir d’une tête d’impression contrôlée par ordinateur.

Ce qui la différencie de la FDM et la rapproche davantage du moulage par injection, c’est le mode d’alimentation de la buse en matière première, qui s’effectue par un système de vis sans fin. Dans ce système, les granulés sont acheminés d’une trémie vers un baril chauffé, où ils sont fondus et forcés à travers une buse par une vis sans fin (ou vis Auger).

Une illustration du fonctionnement de la technologie PAM (“Pellet Additive Manufacturing”) de Pollen AM. Source : Pollen AM

La fabrication additive à partir de granulés offre des vitesses de dépôt élevées et des diamètres de buse importants, mais est moins performante que le FDM en ce qui concerne la précision et la résolution.

Les granulés, matière première

Les granulés thermoplastiques produits en masse se présentent généralement sous une forme sphérique ou cylindrique et ont un diamètre de quelques millimètres.

Des granulés cylindriques présentés par Pollen AM. Source : Aniwaa

De nombreux plastiques (ainsi que certains métaux et matériaux composites) sont fabriqués sous forme de granulés. Ce format est généralement 60 à 90% moins chers que le filament pour imprimante 3D. Comme les granulés sont nécessaires à d’autres procédés de fabrication de plastique, tels que le moulage par injection et l’extrusion de plastique, ils sont à la fois omniprésents et abordables.

Avantages de l’impression 3D de granulés

Par rapport au FDM, les avantages de l’impression 3D à granulés sont l’impression 3D grand format et le faible coût des matériaux.

Coût des matériaux

Les granulés sont faciles et économiques à fabriquer en grandes quantités et ont donc un prix de détail peu élevé. Le filament est plus cher car il est plus long à produire ; il est généralement extrudé à partir de granulés.

Gamme de matériaux

Une grande variété de plastiques est disponible sous forme de granulés, y compris de nombreux plastiques recyclés, et certains matériaux sont plus faciles à transformer en granulés qu’en filament en raison de leur composition chimique.

Matériaux qualifiés

Les granulés sont largement utilisés dans les procédés de fabrication conventionnels tels que le moulage par injection plastique. Par conséquent, les fabricants qui utilisent déjà des granulés – et dans des matériaux qu’ils ont qualifiés pour leurs propres applications – peuvent utiliser exactement les mêmes matériaux avec leurs systèmes de fabrication additive de granulés.

Impression 3D grand format

Les granulés peuvent être introduits dans une trémie en continu sans interrompre l’impression, ce qui est utile pour l’impression de grands objets. À l’inverse, si une impression grand format nécessite plus d’une bobine de filament, le filament doit être changé en cours d’impression, ce qui peut entraîner des imperfections.

Impression rapide

L’extrusion de granulés avec son système de vis sans fin permet des débits et des vitesses de dépôt rapides. Les buses peuvent également avoir des diamètres plus larges, ce qui permet d’extruder plus de matière en un temps réduit. Le fabricant d’imprimantes 3D à granulés Juggerbot3D estime que les extrudeurs à granulés pourraient avoir un débit maximal jusqu’à 80 fois supérieur à celui des extrudeurs à filament.

Limites de l’impression 3D de granulés

Le filament pour impression 3D est cher pour une raison majeure : il permet un niveau de contrôle et de précision qui dépasse les capacités des granulés.

Résolution et complexité

L’impression 3D de granulés ne permet pas d’atteindre des résolutions comparables à celles du FDM, qui offre généralement une épaisseur de couche minimum de 0.01 mm. Pour une machine à granulés typique, la plus petite hauteur de couche réalisable est d’environ 1 mm (1000 microns). La complexité des pièces est limitée et les surplombs (“overhangs”) ne peuvent pas être imprimés.

Contrôle du flux

L’extrusion de plastique à l’aide d’une vis sans fin est idéale pour pomper de grands volumes de matériau, mais elle offre un niveau de contrôle inférieur à celui d’une extrudeur de filaments à moteur pas à pas. Par exemple, il est impossible de rétracter le matériau extrudé, ce qui peut entraîner un “suintement” (un surplus de matière coulant de la buse).

Taille de la machine

Les systèmes d’extrusion de granulés peuvent être lourds et occuper une grande surface au sol, ce qui les rend moins pratiques que la plupart des imprimantes 3D FDM. Il existe ceci dit quelques imprimantes 3D à granulés de bureau.

Les options d’impression 3D à granulés disponibles

L’impression 3D de granulés nécessite soit une imprimante 3D dédiée aux granulés, soit une extrudeuse de granulés qui peut être installée sur une machine existante.

Certaines imprimantes 3D à granulés offrent un grand volume de fabrication adapté à des applications telles que la production de meubles, tandis que d’autres sont comparables aux machines FDM standard.

Parmi les imprimantes 3D à granulés, citons la MAAM de Cincinnati Incorporated (150 000 € et plus), l’AIM3D EXAM 510 et la Pollen AM Pam Series P (65 000 € et plus).

Une autre stratégie consiste à acheter une extrudeuse de granulés qui peut être installée sur une imprimante 3D standard à code source ouvert comme la RepRap. L’une de ces extrudeuses est la Pulsar de Dyze Design (8 000 € environ).

Une extrudeuse à granulés du fabricant français TOBECA. Source : Aniwaa

Il est également possible d’acheter une extrudeuse de filament autonome qui fait fondre les granulés et les transforme en filament. Parmi les marques, citons Filabot (haut de gamme, plus de 2 300 euros) et Filastruder (kit, 250 euros environ). L’extrusion du filament à partir de granulés prend du temps mais permet de profiter du prix des granulés tout en conservant les caractéristiques d’impression du FDM traditionnel.

À qui s’adresse l’impression 3D de granulés ?

Les utilisateurs d’imprimantes 3D qui se trouvent limités par le débit, l’enveloppe de construction ou le coût des matériaux de la FDM peuvent trouver que l’impression 3D à granulés est une meilleure option pour eux – à condition qu’ils soient prêts à sacrifier la résolution et la complexité des pièces.

Les fabricants qui utilisent déjà des granulés avec leurs autres machines de production peuvent également bénéficier de l’ajout d’une imprimante 3D à granulés à leur arsenal, car ils peuvent utiliser les mêmes matériaux qualifiés sur différents systèmes.

Les imprimantes 3D à granulés sont disponibles dans une large gamme de prix, avec des solutions pour les utilisateurs occasionnels, professionnels et industriels.