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Modification des plastiques techniques pour l'impression 3D

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innovation 3D

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la technologie de l'impression 3D est une technologie de traitement innovante qui s'est développée ces dernières années et qui permet de transformer des modèles numériques en objets physiques, avec de vastes perspectives d'application. Actuellement, les matériaux principalement utilisés dans la technologie d'impression 3D sont des matériaux polymères, qui sont faciles à traiter, mais les propriétés mécaniques des produits sont médiocres, ce qui les rend inadaptés aux domaines qui ont des exigences élevées en matière de résistance et de rigidité (tels que l'automobile, les dispositifs médicaux et les appareils électroménagers).

technologie d'impression 3D

Actuellement, la technologie d'impression 3D adaptée aux plastiques techniques peut être divisée en quatre types : La modélisation par dépôt de matière fondue (FDM), la stéréolithographie (SLA), le frittage sélectif par laser (SLS) et la fabrication d'objets stratifiés (LOM), parmi lesquels la FDM est la plus largement utilisée.

Introduction à la technologie FDM

Le processus de moulage FDM se divise principalement en deux parties : le processus d'extrusion et le processus de dépôt, c'est-à-dire que les polymères thermoplastiques sont extrudés à travers la buse sous l'effet de la chaleur et de la pression, tandis que la buse se déplace le long de la trajectoire définie pour empiler des couches bidimensionnelles couche par couche. La technologie FDM, en raison de ses avantages tels que son faible coût, sa facilité d'utilisation, sa large gamme de matériaux applicables et son taux élevé d'utilisation des matériaux, a fait l'objet d'une grande attention, la recherche couvrant divers domaines tels que la médecine, l'aérospatiale et l'éducation.

Développement de la technologie FDM

Avec le développement et la popularisation de la technologie d'impression 3D, la technologie FDM sera inévitablement appliquée dans de plus en plus de domaines. La technologie FDM peut non seulement s'adapter aux structures et aux formes complexes des avions, améliorer leurs performances et leur sécurité, mais aussi raccourcir les délais de fabrication et réduire les coûts. Toutefois, la technologie et l'équipement FDM nationaux doivent encore améliorer la précision, la stabilité et la fiabilité de l'impression pour répondre aux normes élevées du secteur aérospatial.

Technologie de modification des plastiques techniques

Les plastiques techniques ont d'excellentes propriétés, mais il existe des différences significatives entre les propriétés des matériaux des plastiques techniques et la technologie de traitement de l'impression 3D, notamment en ce qui concerne les aspects suivants :

1. Une mauvaise fluidité des matériaux entraîne une instabilité et une discontinuité dans le processus d'impression, ce qui affecte la qualité de la surface et la précision dimensionnelle des produits.

2. La faible température de dégradation thermique du matériau affecte les propriétés mécaniques et la durabilité du matériau à des températures d'impression élevées.

3. La faible résistance du matériau limite la capacité de charge et la résistance aux chocs des produits, ce qui affecte leur sécurité et leur fiabilité.

4. Le refroidissement non uniforme du matériau entraîne des contraintes internes et des déformations des produits, ce qui affecte la stabilité géométrique et la précision dimensionnelle des produits. Parallèlement, les exigences de performance des plastiques techniques sont souvent plus élevées que celles des plastiques ordinaires. Par conséquent, pour résoudre les problèmes des plastiques techniques dans l'impression 3D, il est nécessaire de les modifier pour les adapter aux conditions de traitement de l'impression 3D et répondre aux exigences de performance des produits.

Les technologies courantes de modification des plastiques techniques comprennent principalement les quatre types suivants :

1. Ajout de lubrifiants, de charges inorganiques, de revêtements de surface en poudre et d'autres substances pour augmenter la fluidité et la capacité de traitement des plastiques techniques.

2. Ajout de matériaux de renforcement tels que des fibres de verre, des fibres métalliques et des fibres de bois pour améliorer la rigidité et la résistance des plastiques techniques, ce qui les rend aptes à une modification améliorée dans les conditions de haute température et de haute pression de l'impression 3D.

3. Accélérer la vitesse de solidification des plastiques techniques et réduire les contraintes résiduelles grâce à l'utilisation d'agents de nucléation appropriés et de composites ayant différentes capacités thermiques pour une modification rapide de la solidification.

4, doter les plastiques de certaines fonctions spéciales (telles que la conductivité, la conductivité thermique, l'autoréparation, la biocompatibilité, etc.) afin d'élargir la gamme d'applications et le potentiel des plastiques techniques dans le domaine de la fabrication par impression 3D.

En résumé, la technologie de modification des plastiques techniques peut améliorer les performances des plastiques techniques, élargir leur application, fournir plus de choix et d'innovations pour l'impression 3D, et étendre le potentiel d'application de l'impression 3D à d'autres domaines.

Modifications courantes des plastiques techniques pour l'impression 3D

Modification de l'ABS

L'ABS est un polymère thermoplastique couramment utilisé qui présente des avantages tels qu'une grande résistance, une bonne ténacité et une grande facilité de traitement. Pour améliorer les performances de l'ABS, il est souvent nécessaire de le modifier.

La fibre de verre est un matériau de renforcement couramment utilisé qui peut améliorer la résistance, la dureté et la durabilité de l'ABS. Dans l'application de l'impression 3D de pièces automobiles, les matériaux composites ABS renforcés de fibres de verre présentent d'excellentes performances, produisant des pièces plus robustes et plus durables.

L'organomontmorillonite (OMMT) est un modificateur efficace de l'ABS qui peut améliorer de manière significative les propriétés mécaniques et thermiques du matériau. Les nanocomposites ABS/OMMT préparés avec l'OMMT présentent un module de traction, une résistance à la flexion, un module de flexion et un module de stockage d'énergie plus élevés, tandis que la dilatation thermique linéaire et la perte de poids thermique sont considérablement réduites.

Le plastique ABS présente non seulement une bonne résistance à la déformation et à la corrosion, mais aussi une grande résistance à la chaleur. Toutefois, au cours des processus d'impression à haute température, il peut toujours y avoir un phénomène de diminution de la fluidité, ce qui se traduit par une mauvaise qualité des pièces imprimées. Des matériaux tels que le talc et la poudre de mica ont une grande fluidité et, lorsqu'ils sont utilisés comme additifs pour modifier l'ABS, ils peuvent réduire efficacement sa viscosité à l'état fondu et sa contrainte thermique, améliorer ses propriétés rhéologiques et, par conséquent, améliorer la fluidité pendant le processus d'impression et la qualité des pièces imprimées. En outre, le talc et la poudre de mica peuvent renforcer la rigidité et la résistance à la chaleur de l'ABS, améliorant ainsi sa stabilité dans les environnements à haute température.

Actuellement, une entreprise chinoise a mis au point des matériaux composites ABS/nano-TiO2. Après l'impression 3D, ce matériau composite maintient non seulement la stabilité des principaux paramètres de performance de l'ABS, mais augmente également les propriétés mécaniques de l'ABS, en améliorant sa résistance et sa ténacité.

Les modifications susmentionnées élargissent les perspectives d'application de l'ABS et offrent d'excellents choix de matériaux pour l'impression 3D dans de nombreux domaines.

Modification du PA

Le polyamide (PA) est un plastique technique de haute performance largement utilisé dans la vie quotidienne en raison de ses avantages tels qu'une résistance élevée, une bonne flexibilité, une température de déformation à chaud élevée et un faible retrait. Comparé à l'ABS, le PA présente une meilleure ténacité et une plus grande résistance aux chocs, et son application dans l'impression 3D est de plus en plus appréciée.

En outre, les propriétés mécaniques du PA peuvent être améliorées par modification, ce qui élargit encore son champ d'application. Zhang Zhengyi et al. ont préparé des matériaux composites en poudre PA12/MWCNTs en utilisant des méthodes de broyage par cisaillement en phase solide, ce qui a permis d'améliorer de manière significative la résistance à la traction et la résistance à l'impact d'entaille.

Modification du PEEK

Le polyétheréthercétone (PEEK) est un matériau polymère de haute performance doté d'excellentes propriétés physiques et chimiques telles que la résistance aux températures élevées, la résistance à l'usure, la stabilité dimensionnelle, l'isolation électrique et la biocompatibilité. Il présente un potentiel et une valeur de recherche énormes dans la technologie de l'impression 3D, en particulier dans les domaines haut de gamme tels que l'aérospatiale, l'automobile et le médical.

Le PEEK peut être utilisé pour fabriquer des composants structurels et fonctionnels complexes. Avec le progrès et l'innovation continus de la technologie d'impression 3D, l'application du matériau PEEK dans l'impression 3D a montré des tendances de développement diversifiées et étendues. L'Agence spatiale européenne a utilisé le PEEK pour imprimer en 3D des composants de petits satellites.

Bien que le PEEK possède d'excellentes propriétés physiques et chimiques, son point de fusion élevé et sa viscosité le rendent difficile à imprimer avec les imprimantes 3D traditionnelles. Partant de ce constat, Dai Jing a proposé une nouvelle méthode d'impression 3D qui accélère le processus de fusion des plastiques techniques en augmentant le coefficient de température positive et les lampes à rayonnement thermique, et en optimisant les paramètres d'impression. Les résultats ont montré que la nouvelle méthode peut imprimer le matériau PEEK et que la vitesse d'alimentation affecte de manière significative le taux de remplissage du produit. Cette recherche fournit une solution réalisable pour l'utilisation de plastiques techniques spéciaux dans la technologie d'impression 3D, promouvant ainsi une application plus large des plastiques techniques dans le domaine de l'impression 3D.

Conclusion

La recherche et le développement de la technologie de modification des plastiques techniques pour l'impression 3D revêtent une grande importance. En améliorant les propriétés mécaniques, la résistance à la chaleur, la résistance à la corrosion et la conductivité des matériaux, l'application de la technologie d'impression 3D dans divers domaines peut être élargie, et la fonctionnalité et la qualité des produits imprimés en 3D peuvent être améliorées. Toutefois, la technologie de modification des plastiques techniques par impression 3D présente encore certains problèmes et défis, tels que des effets de modification instables, des mécanismes de modification peu clairs et des coûts de modification élevés, qui nécessitent des recherches et des explorations plus approfondies.