Longtemps la chasse gardée des procédés de fabrication traditionnels comme le moulage par injection ou l’usinage, les matériaux haute performance tels que le PEEK, ont fini par se faire une place dans la fabrication additive. Bien que leur croissance ne soit pas aussi dynamique que celle des polymères d’impression 3D plus anciens, leurs propriétés exceptionnelles de résistance mécanique, thermique et chimique, en font des matériaux de plus en plus prisés par l’industrie. En matière d’allègement, ces matériaux se montrent tout aussi intéressants, allant dans certains cas jusqu’à permettre le remplacement complet de pièces métalliques.
Leur prix constitue néanmoins un frein important à une adoption plus massive, limitant leur utilisation à des applications à forte valeur ajoutée où leurs performances justifient l’investissement.
C’est parti de ce constat, que le fabricant chinois Polymaker a développé un filament avec des propriétés proches du PEEK, mais à un prix bien plus abordable.
Connu pour sa gamme de filaments renforcés « Fiberon », l’entreprise a enrichi celle-ci avec un nouveau matériau haute performance appelé « PPS-GF20« . Il est question d’un filament basé sur le PPS (polysulfure de phénylène), un polymère organique encore peu connu dans le domaine de l’impression 3D. Polymère semi-cristallin connu pour avoir une excellente stabilité thermique, le PPS se distingue par deux propriétés essentielles : une très grande résistance thermique et une résistance chimique exceptionnelle.
Son module d’élasticité élevé et sa bonne résistance à la fatigue, le rendent particulièrement intéressant pour une utilisation dans les applications structurelles où une résistance et une rigidité élevées sont requises, notamment dans les secteurs de l’automobile, de l’électronique ou de l’aéronautique.
« les applications hautes températures et hautes performances exigeant une résistance thermique exceptionnelle, une isolation électrique et une résistance au feu… »
Graphique comparatif de résistance entre le PPS-GF20 et d’autres filaments polymère haute performance
Selon les tests réalisés par Polymaker, le filament PPS-GF20 présente une température de déflexion thermique élevée à 236,3 °C sous 0,45 MPa, un module de Young de 4552 MPa à l’état sec, et une résistance à la traction notable, avec 64,1 MPa en orientation XY et 22,9 MPa en Z.
Ce n’est pas tout, puisqu’il offre aussi une bonne résistance aux chocs Charpy entaillée (7,3 kJ/m²), un module de flexion de 4110,7 MPa, une classification V0 en ignifugation, ainsi que d’excellentes propriétés d’isolation, selon les tests réalisés sur des échantillons imprimés.
Le terme « GF20 » indique que le matériau contient 20 % de fibres de verre, une proportion significative qui confère au composite une résistance et une rigidité accrues. L’autre particularité qui rend ce filament particulièrement intéressant, est que contrairement aux matériaux concurrents, renforcés en fibres de carbone conductrices, la présence de fibres de verre fait qu’il n’est pas conducteur. Une caractéristique qui le rend particulièrement adapté aux applications nécessitant le passage des transmissions radio à travers la pièce, évitant ainsi les interférences.
« Le Fiberon™ PPS-GF20 est conçu pour les applications hautes températures et hautes performances exigeant une résistance thermique exceptionnelle, une isolation électrique et une résistance au feu UL94 V0. » Précise Polymaker avant d’ajouter. « Ses applications courantes incluent les boîtiers électroniques, les enceintes de capteurs, les supports d’antenne et les pièces exposées à des environnements industriels difficiles. Il offre une rigidité diélectrique de 6,05 kV/mm et de faibles constantes diélectriques, ce qui le rend adapté à l’isolation à tension modérée et aux applications électroniques haute fréquence. »
Comparatif de prix entre le PPS-GF20 et d’autres filaments polymère haute performance
Dans un graphique, Polymaker met en évidence un écart de prix au kilo significatif (voir ci-dessus) entre le PPS-GF20 et des matériaux hautes performances comme le PEEK ou le PEI. Le fabricant cherche à démontrer qu’en dehors des applications requérant une résistance thermique extrême, le PPS-GF20 représente une alternative bien plus économique.
De couleur grise, le PPS-GF20 est vendu au prix de 65,99 $ la bobine de 500 g/diamètre 1,75 mm, et 318 $ les 3 kg. Pour des résultats optimaux, Polymaker recommande une température comprise entre 310 °C et 350 °C, avec un plateau chauffant réglé entre 80 °C et 90 °C, et une vitesse d’impression pouvant atteindre 250 mm/s, sans ventilation.
Etant donné la présence de fibres de verre, Polymaker recommande une buse en acier trempé, ainsi qu’un hotend entièrement métallique capable de supporter ces températures.
Bien que le filament soit peu sensible à l’humidité, il est conseillé de le conserver au sec. Dans le cas où le matériau aurait été mal conditionné, Polymaker recommande de le sécher à 100 °C pendant 10 heures avant impression. Une rétraction de 1 à 3 mm à une vitesse de 20 à 40 mm/s est conseillée en configuration Direct Drive. Enfin, si vous souhaitez améliorer davantage les propriétés mécaniques, un recuit post-impression de 10 heures à 130 °C est recommandé.
D’après les tests menés par Polymaker avec le PPS-GF20, de simples imprimantes 3D de bureau comme la QIDI Plus4 ou la Bambu H2D suffiraient à assurer des impressions de qualité avec ce filament haute performance.
