Types de nylon utilisés en impression 3D FDM

Le nylon, également connu sous le nom de polyamide (PA), est une famille de polymères thermoplastiques appréciée en impression 3D FDM pour sa résistance, sa flexibilité et sa résistance à l'usure. Malgré leurs propriétés mécaniques attrayantes, les filaments de nylon sont parmi les matériaux les plus difficiles à imprimer en raison de leurs hautes températures d'impression, de leur tendance au warping et de leur forte affinité pour l'humidité. Plusieurs types de nylon sont formulés pour l'impression FDM, chacun présentant des caractéristiques distinctes qui influencent la qualité d'impression, les performances mécaniques et la facilité d'utilisation.

PA6 (Nylon 6)

Le PA6 est l'un des nylons les plus couramment utilisés en impression FDM. C'est un matériau résistant avec une haute résistance à la traction et une excellente résistance aux chocs, ce qui le rend adapté aux pièces fonctionnelles et aux composants mécaniques. Cependant, le PA6 absorbe rapidement l'humidité de l'air, ce qui peut entraîner des bulles et une mauvaise adhésion entre les couches s'il n'est pas correctement séché. Il a également une forte tendance au warping à moins d'être imprimé avec un plateau chauffant et une enceinte. Les températures d'extrusion typiques varient de 250 °C à 270 °C. Après recuit, les pièces en PA6 gagnent en stabilité dimensionnelle et en résistance à la chaleur en raison d'une cristallisation accrue.

PA66 (Nylon 66)

Le PA66 est similaire au PA6 en composition mais a un point de fusion légèrement plus élevé, autour de 260 °C. Cela lui confère une rigidité, une résistance à l'usure et une résistance à la chaleur supérieures par rapport au PA6. Il présente un faible fluage sous charge et fonctionne bien pour des pièces mécaniques de précision. Comme le PA6, le PA66 est fortement hygroscopique et sujet au warping pendant l'impression ; il nécessite donc un stockage du filament au sec, un plateau chauffant (aux alentours de 80 °C–100 °C) et une enceinte. Le matériau durcit considérablement après recuit. Toutefois, lorsqu'il est exposé à l'humidité par la suite, il devient plus ductile et plus résistant aux chocs.

PA12 (Nylon 12)

Le PA12 est un filament de qualité technique courant qui diffère du PA6 et du PA66 par sa chaîne moléculaire plus longue et sa moindre absorption d'humidité. Cela le rend plus stable dimensionnellement et plus facile à imprimer avec moins de problèmes de warping. Sa température d'extrusion typique se situe entre 240 °C et 260 °C. Le PA12 offre une grande résistance aux chocs, une très bonne résistance chimique et une plus grande flexibilité que les autres nylons. Sa plus faible absorption d'eau signifie également qu'il conserve plus longtemps la précision dimensionnelle dans des environnements humides. Le PA12 résiste à la chaleur jusqu'à environ 180 °C et répond bien au recuit pour une cristallisation et une ténacité accrues.

PA612 (Nylon 612)

Le PA612 combine les caractéristiques du PA6 et du PA12. Il offre une absorption d'humidité plus faible que le PA6, tout en conservant une rigidité supérieure à celle du PA12. Le résultat est un matériau bien adapté aux applications nécessitant un équilibre entre résistance mécanique et stabilité. Il est plus facile à imprimer que le PA6 ou le PA66 et moins sujet au warping. Les pièces en PA612 ont des surfaces lisses et sont moins cassantes, ce qui les rend polyvalentes pour des composants esthétiques et fonctionnels. La résistance à la chaleur est modérée, généralement inférieure à celle du PA66 mais supérieure à celle du PA12.

Autres mélanges et composites de nylon

Certaines formulations de nylon mélangent plusieurs types de polyamides ou incluent des additifs pour cibler des objectifs spécifiques. Les nylons renforcés par des fibres sont particulièrement populaires : les renforts en fibre de carbone et en fibre de verre améliorent la rigidité, la résistance et la stabilité dimensionnelle tout en réduisant le retrait et le warping. Ces additifs améliorent également la finition de surface en limitant la déformation thermique pendant l'impression. Cependant, les filaments chargés en fibres sont plus abrasifs et nécessitent des buses renforcées.

Défis d'imprimabilité

Imprimer du nylon avec succès nécessite des températures d'extrusion élevées (typiquement 240 °C–280 °C), un plateau d'impression chauffant et des températures ambiantes contrôlées (à moins d'imprimer avec des nylons Polymaker). L'hygroscopicité naturelle du nylon provoque l'absorption d'humidité, ce qui peut créer des poches de vapeur lors de l'extrusion, entraînant des piqûres de surface et une faible adhésion entre les couches. Le filament doit toujours être maintenu au sec, idéalement dans un contenant scellé ou un sèche-filament. Le warping est une autre difficulté majeure, car le nylon se contracte fortement lors du refroidissement.

Pour remédier au warping, Polymaker a développé la Warp Free Technology, qui optimise la formulation du matériau pour soulager les contraintes internes pendant le refroidissement. Cela permet d'imprimer des pièces en nylon plus grandes sur des imprimantes à châssis ouvert avec un risque réduit de déformation ou de séparation des couches.

Effets du recuit et de l'humidité

Le recuit des pièces en nylon favorise leur cristallisation, augmentant la résistance structurelle, la rigidité et la résistance à la chaleur. Les pièces entièrement cristallisées performent mieux sous charge et à des températures élevées. Avec le temps, toutefois, lorsque les pièces absorbent de l'humidité, les chaînes polymères deviennent plus mobiles, ce qui se traduit par une ductilité et une résistance aux chocs accrues mais une rigidité moindre. Ce compromis rend les applications en nylon adaptées aux pièces nécessitant ténacité et légère flexibilité.

Résumé

Chaque type de nylon apporte un équilibre différent entre facilité d'impression, performances mécaniques et stabilité environnementale. Le PA6 et le PA66 offrent une grande rigidité et des performances thermiques au prix d'un comportement d'impression plus difficile, tandis que le PA12 et le PA612 sont plus tolérants et résistants à l'humidité. Les nylons renforcés traitent en outre le warping et les limites mécaniques. Avec un séchage approprié, une gestion des températures et l'utilisation de formulations avancées comme la Warp Free Technology, le nylon reste l'un des matériaux les plus performants pour produire des pièces durables et fonctionnelles en impression 3D FDM.