Le polypropylène (PP) est un nouveau matériau pour le SLS®. Ce polymère est déjà utilisé dans environ 1/3 de toutes les pièces plastiques injectées dans le monde, il a donc le potentiel pour devenir la nouvelle norme dans les applications de fabrication additive (AM). Chez BASF Forward AM, il était clair qu’il fallait travailler sur une poudre de PP qui répondrait aux besoins et aux applications de l’impression 3D – pour rendre les avantages convaincants du PP accessibles aux clients dans la fabrication additive et pour conduire conjointement son adaptation industrielle. Le développement du PP pour la fusion sur lit de poudre a commencé en 2016 et le premier produit est commercialisé depuis 2018 et de plus en plus adopté par les utilisateurs.

Passionné par l’impression 3D et la fusion sur lit de poudre, le Dr Stefan Josupeit, responsable de la ligne commerciale Fusion sur lit de poudre chez BASF Forward AM, donne un aperçu des défis et des opportunités de ce matériau avancé.

Quels ont été les principaux défis liés au développement de la poudre PP ?

« Un bon matériau de fusion en lit de poudre doit être adapté au processus SLS®. Nous avons travaillé sur la meilleure formulation pour combiner une grande facilité de traitement, la stabilité thermique et la performance des pièces imprimées. Nous avons également accordé une attention particulière aux propriétés des particules. Mais je pense que la meilleure performance du processus ne peut être obtenue que par une collaboration étroite entre le fournisseur de matériaux et le fabricant de machines afin de fournir une solution globale avec la meilleure compatibilité et la meilleure expérience pour l’utilisateur. Notre équipe travaille en étroite collaboration avec les ingénieurs de Prodways Tech pour adapter le polypropylène à la production SLS® et lancer le PP 1200. Grâce à la technologie de recouvrement, à la fiabilité des imprimantes Prodways et au contrôle thermique, le PP 1200 est très facile à traiter sur les imprimantes de la série ProMaker P.

De plus, Prodways a réalisé un développement étonnant avec la nouvelle imprimante 3D ProMaker P1000 S qui s’adapte parfaitement à plusieurs matériaux innovants, 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 bas, car il faut moins de matériau pour le même volume de pièce imprimée. Il est intéressant pour les pièces légères visant à économiser l’énergie. D’autres applications sont possibles, en particulier si l’on tient compte de la compatibilité du matériau avec les produits chimiques. Sa grande ductilité permet d’imprimer des pièces très flexibles. Enfin, c’est un matériau très stable en termes de vieillissement, de sorte qu’il peut être utilisé avec un taux de rafraîchissement assez faible, ce qui permet d’économiser des ressources et de l’énergie. Pour le PP 1200, le taux de rafraîchissement est de 50 %, mais il n’y a pas de limite de cycles.

En outre, en tant que plastique bien connu, le PP peut être recyclé, ce qui est de plus en plus important pour une production durable. Et comme le PP est utilisé dans de nombreuses industries, on peut facilement envisager une seconde vie pour les pièces imprimées. Enfin, l’utilisation du PP permet 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 au 12 ?

« Je dirais que nous devons adopter deux points de vue différents. Commençons par le point de vue de l’industrie traditionnelle des plastiques moulés par injection. Le PP est un matériau très couramment utilisé, la réponse serait donc non. Mais cela peut être un énorme avantage pour les clients, même si cela ne semble pas perturbateur – parce qu’ils connaissent très bien le matériau et qu’ils peuvent continuer à travailler avec le même type de matériau de base.

D’un autre côté, si l’on regarde à travers les lunettes de la fabrication additive et de la fusion sur lit de poudre, le PP est quelque chose de très perturbateur parce que le marché utilise principalement le PA12, qui est un bon matériau mais qui est très spécifique au « monde 3D », et pour de nombreuses applications, ce n’est pas le meilleur choix. Si l’on compare directement le PP imprimé au PA11 ou au PA12, la plupart des propriétés mécaniques clés telles que la rigidité et la ductilité se situent à un niveau similaire, tandis que la résistance à la traction est légèrement inférieure en raison de la nature du matériau. En fin de compte, nous devons de toute façon nous pencher sur les exigences de qualité des pièces individuelles, qui doivent correspondre aux performances du matériau. Il peut s’agir par exemple de la résistance aux produits chimiques, domaine dans lequel le PP surpasse de nombreux polyamides. »

Quelle est la principale différence entre les pièces fabriquées en polypropylène AM et en polypropylène injecté ?

« Je pense qu’il est très important de répondre à la question car il est important de gérer les attentes. Comme je l’ai dit, le PP est un plastique bien connu et c’est le même matériau pour les deux processus. Mais, en raison du processus spécifique de fabrication 3D, des taux de chauffage et de refroidissement, etc., les propriétés des pièces imprimées peuvent être différentes, même si le même matériau de base est utilisé. Cela ne signifie pas pour autant que les pièces sont moins bonnes, elles sont juste un peu différentes. Cela ne concerne pas seulement le PP, mais tout autre matériau de fusion sur lit de poudre. Il faut simplement en tenir compte dans le développement des applications, domaine dans lequel nous soutenons nos clients de manière très étroite.

Par exemple, les pièces imprimées ont souvent une ductilité limitée. La ductilité de notre PP est encore élevée compte tenu du processus d’impression 3D, mais elle est inférieure à celle que l’on peut attendre du moulage par injection. En revanche, la résistance et la rigidité sont plus élevées par rapport au moulage par 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.

Cependant, nous devons être conscients qu’il existe des centaines, voire des milliers de qualités de PP différentes pour certaines applications dans le domaine du moulage par injection, allant du très résistant au très rigide, alors que nous ne parlons que d’une seule qualité dans le domaine de la fusion sur lit de poudre, et qu’il peut donc être nécessaire d’adapter les conceptions et les exigences. C’est pourquoi il ne s’agirait jamais d’une substitution aveugle« .

 

Quels types d’applications sont les plus adaptés 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 guides de fluides, mais il peut s’agir de n’importe quel type de pièces de série de fabrication pour lesquelles le PP est le meilleur choix. D’autres exemples d’applications sont les pièces qui sont d’une manière ou d’une autre en contact avec la peau extérieure, par exemple les pièces médicales dans le secteur de l’orthétique ou de la prothétique. Je tiens à souligner qu’il existe déjà une déclaration de contact avec la peau. Nombre de nos clients apprécient en outre la capacité de recyclage des pièces imprimées, car le PP occupe déjà une place importante dans les flux de recyclage des plastiques.

Enfin, le matériau peut être parfaitement utilisé pour un prototypage fonctionnel durable et rentable, sans qu’il soit nécessaire de changer de matériau entre le prototype et la pièce finalement injectée.

Ce ne sont que des exemples. Nous sommes toujours heureux d’étudier de nouvelles applications, car nous sommes finalement dans le monde de la 3D et nous ne savons jamais quelle nouvelle application prendra son essor demain. »

Nous savons que le PP est courant dans les applications d’emballage alimentaire, pensez-vous au PP AM de qualité alimentaire ?

« Malheureusement, le PP actuel n’est pas en mesure d’entrer en contact avec les aliments. 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 d’entrer dans les 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 & innovations en termes de post-traitement ?

« Vous pouvez appliquer les mêmes méthodes de post-traitement mécanique standard, comme le meulage ou le sablage, pour obtenir une belle finition de surface par rapport aux matériaux AM « traditionnels ». Et si vous souhaitez obtenir des pièces vraiment lisses et esthétiquement convaincantes, vous pouvez appliquer 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 parois fines, nous pouvons même obtenir une légère translucidité des pièces, de sorte que vous pouvez regarder à l’intérieur ou à l’extérieur, ce qui est tout à fait unique pour les matériaux de fusion sur lit de poudre

« Nous pouvons également nous pencher sur les technologies de revêtement, et nous savons que c’est important, en particulier pour le segment des consommateurs où l’esthétique des pièces joue un rôle majeur. 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 apprêt qui peut être appliqué sur la pièce dans un premier temps, puis une couche de finition dans un second temps.

Chez BASF Forward AM, nous proposons également nos propres solutions de revêtement adaptées aux pièces imprimées en 3D. Nous disposons d’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 brise ».

Le PP ouvre un vaste champ de nouvelles applications, et nous sommes impatients de les explorer avec nos clients !

 

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