Le polypropylène (PP) est une matière nouvelle pour le SLS®. Ce polymère, déjà largement utilisé dans la fabrication de pièces injectées, a le potentiel pour devenir le nouveau standard dans les applications de fabrication additive (AM). Chez BASF Forward AM, il était clair qu’il fallait travailler sur une poudre de frittage en PP qui répondrait aux besoins et aux applications de l’impression 3D – pour rendre les avantages du PP accessibles aux clients de la fabrication additive et conduire son adaptation industrielle. Le développement du PP pour le frittage de poudre a commencé en 2016. Depuis la mise sur le marché de la première poudre PP en 2018, celle-ci est de plus en plus adoptée par les utilisateurs d’imprimantes SLS®.
Passionné par l’impression 3D et la technologie de frittage de poudre laser, le Dr Stefan Josupeit, responsable de la Business Line Powder Bed Fusion chez BASF Forward AM, donne un aperçu des défis et des opportunités de cette matière avancée.
Quels ont été les principaux défis du développement de la poudre de PP ?
« Une bonne poudre de frittage laser doit être adaptée au processus SLS®. Nous avons travaillé sur la formulation optimale pour combiner la facilité de traitement, la stabilité thermique et les performances mécaniques des pièces imprimées. Nous avons également accordé une attention particulière aux propriétés des particules. Mais je pense qu’une bonne poudre de frittage ne peut être obtenue que par une collaboration étroite entre le fournisseur de matière et le fabricant de machines, afin de fournir une solution globale offrant une compatibilité et une expérience utilisateur optimales. Notre équipe a travaillé en étroite collaboration avec les ingénieurs de Prodways Tech pour adapter le polypropylène à la production SLS® et lancer le PP 1200. Du fait de leur rouleau contre-rotatif, de leur fiabilité et de leur système de contrôle thermique avancé, le PP 1200 est très facile à traiter sur les imprimantes Prodways de la série ProMaker P.
De plus, Prodways a réalisé un développement impressionnant avec la nouvelle imprimante 3D ProMaker P1000 S qui s’adapte parfaitement à plusieurs matières innovantes, dont le PP 1200. »
Quelles sont les capacités spécifiques du polypropylène ?
« Le polypropylène se caractérise par une faible densité, une bonne résistance chimique et une grande ductilité.
Une densité plus faible signifie également un coût plus faible, car il faut moins de matière pour le même volume de pièce imprimée. Il est intéressant pour les pièces légères visant à économiser l’énergie. Bien d’autres applications sont possibles, surtout si l’on considère la compatibilité de la matière avec les produits chimiques. La ductilité élevée permet l’impression de pièces très flexibles. Enfin, le polypropylène est très stable en terme de vieillissement, de sorte qu’il peut être utilisé avec un taux de rafraichissement assez faible, ce qui permet d’économiser des ressources et de l’énergie. Pour le PP 1200, le taux de rafraichissement est de 50%, mais il n’y a pas de limite du nombre de cycles.
Enfin, en tant que plastique bien connu, le PP peut être recyclé, ce qui est de plus en plus important pour la production durable. Et comme le PP est utilisé dans de nombreuses industries, vous pouvez bien sûr facilement penser à une seconde vie des pièces imprimées.
L’utilisation du PP permet donc d’élargir considérablement le champ d’application à un coût plus abordable que celui des polyamides, par exemple. »
Le PP est-il un matériau disruptif par rapport au PA11 ou PA12 ?
« Je dirais que cela dépend à quel point de vue.
Du point de vue de l’industrie traditionnelle des plastiques (moulage par injection), le PP est un matériau très couramment utilisé, la réponse est donc « non ». Mais cela peut être un énorme avantage pour les clients car ils connaissent très bien cette matière et peuvent continuer à travailler avec le même type de matériau de base.
D’autre part, si l’on regarde à travers le spectre de la fabrication additive et du frittage de poudre, le PP est quelque chose de très disruptif parce que le marché utilise principalement le PA12, qui est une bonne matière mais très spécifique au « monde de la 3D », et qui n’est pas toujours le meilleur choix pour bon nombre d’applications.
Si nous comparons directement le PP au PA11 ou au PA12, la plupart des propriétés mécaniques clés (comme la rigidité et la ductilité) sont à un niveau similaire, tandis que la résistance à la traction est un peu plus faible en raison de la nature du matériau. En fin de compte, il est important d’examiner les exigences des pièces à imprimer afin de faire correspondre les bonnes performances matières. Par exemple, en terme de résistance aux produits chimiques, le polypropylène surpasse de nombreux polyamides. »
Quelle est la principale différence entre les pièces fabriquées en polypropylène imprimé et en polypropylène injecté ?
« Je pense qu’il est très important de répondre à cette question car il est important de gérer les attentes des utilisateurs sur ce point. Comme je l’ai dit, le PP est un plastique bien connu et c’est le même matériau pour les deux procédés. Mais, en raison du processus de fabrication 3D, des vitesses de chauffage et de refroidissement, etc., les propriétés des pièces imprimées peuvent être différentes, même si la matière de base utilisée est la même. Cependant, cela ne signifie pas que les pièces sont moins bonnes, elles sont juste un peu différentes. Cela ne concerne pas seulement le PP, mais de toutes les matières de frittage. Il faut simplement en tenir compte dans le développement des applications, point sur lequel nous accompagnons nos clients de très près.
Par exemple, les pièces imprimées ont souvent une ductilité limitée. La ductilité du PP1200 reste élevée compte tenu du processus d’impression 3D, mais elle est inférieure à celle que l’on peut attendre par injection. D’autre part, la résistance et la rigidité sont plus élevées par rapport à l’injection. Encore une fois, ces tendances sont plus ou moins similaires si l’on compare les pièces moulées par injection aux pièces imprimées en 3D en général.
Enfin, il existe des centaines, voire des milliers de polypropylène différents pour les procédés d’injection, du plus résistant au plus rigide, alors que nous ne parlons que d’une seule poudre disponible pour la fabrication SLS®. C’est pourquoi il ne s’agira jamais d’une substitution aveugle mais d’adapter la conception et les exigences. »
Quel type d’applications convient le mieux au PP ?
« Il existe un large éventail d’applications, par exemple les pièces industrielles en contact avec des milieux corrosifs comme les réservoirs et les conduites de fluides, mais il peut s’agir également de pièces de série pour lesquelles le PP est le choix optimal. Un autre exemple d’application concerne les pièces qui sont d’une manière ou d’une autre en contact avec la peau, telles que les orthèses ou les prothèses fabriquées pour le secteur médical, le PP 1200 ayant été certifié pour le contact avec la peau. En outre, beaucoup de nos clients apprécient la capacité de recyclage des pièces imprimées, car le PP occupe déjà une place importante dans les flux de recyclage des plastiques.
Enfin, cette matière peut parfaitement être utilisée pour le prototypage fonctionnel et durable avec l’avantage de pouvoir conserver le même matériau entre le prototype et la pièce finale injectée.
Ce ne sont là que des exemples. Nous sommes toujours heureux d’étudier de nouvelles applications, car dans le monde de la 3D nous ne savons jamais quelle nouvelle application sera développée demain ! »
Nous savons que le Polypropylène est courant dans les emballages alimentaires, pensez-vous à développer une poudre PP pour cette application ?
« Le PP n’est malheureusement pas compatible avec cette application actuellement. Mais nous travaillons sur une nouvelle génération de PP avec une formule adaptée au contact alimentaire. L’idée avec ce nouveau PP n’est pas seulement de répondre aux applications de contact alimentaire, mais aussi de permettre une utilisation pour les emballages cosmétiques, ce qui est de plus en plus demandé. »
Quels sont les derniers développements prévus et les innovations en terme de post-traitement ?
« Vous pouvez appliquer les méthodes de post-traitement mécanique standards, telles que le meulage de masse ou le sablage, pour obtenir une belle finition de surface par rapport aux matières de Fabrication Additive « traditionnelles ». Si votre objectif est d’obtenir des pièces lisses et esthétiques, il existe également le lissage à la vapeur. Nous collaborons avec des entreprises qui proposent cette technologie adaptée au PP. Avec le lissage à la vapeur, les pièces en PP ont un aspect vraiment étonnant ! Pour les pièces à paroi mince, nous pouvons même obtenir une légère translucidité, de sorte que vous pouvez regarder à l’intérieur ou au travers, ce qui est quelque chose de complètement unique pour la technologie SLS®.
Échantillon d’essai lissé à la vapeur d’UltrasintR PP nat01 (Source : BASF Forward AM).
Concernant les technologies de revêtement, particulièrement importantes pour l’impression de pièces à destination directes des consommateurs, ce que nous avons observé avec le PP, c’est qu’il est un peu plus difficile à revêtir en raison de sa nature chimique. Nous avons donc mis au point une solution de revêtement comprenant un primaire qui peut être appliqué sur la pièce en premier lieu, avant d’appliquer une couche de finition.
Chez BASF Forward AM, nous proposons également nos propres solutions de revêtement adaptées aux pièces imprimées en 3D. Nous avons une gamme de revêtements flexibles qui peuvent même être ductiles, de sorte que vous pouvez plier la pièce et la presser sans que le revêtement ne se casse. »
Le PP ouvre donc un large champ d’application pour l’impression 3D et nous sommes impatients de les explorer avec nos clients !
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