Logo ETI Quitter la lecture facile

En ce moment

Impression 3D plastique : l’aérospatial et le médical s’emparent des polycétones

Posté le par Christine SILVAND dans Matériaux, Biotech & chimie

PAEK, PEKK, PEEK et autres variantes de thermoplastiques polycétones sont en train de s'installer durablement sur les marchés des plastiques hautes performances. Alliant résistance mécanique des métaux et légèreté à la facilité de mise en œuvre des plastiques, ils profitent de l’essor des procédés 3D.

Les plastiques sont sans conteste les matériaux les plus matures et les plus couramment utilisés en impression 3D. Leur utilisation a largement dépassé l’unique objectif du prototypage et les fabrications en série se focalisent maintenant sur des produits à haute valeur ajoutée, grâce aux développements de matériaux à hautes performances, aux premiers rangs desquels on retrouve la famille des polyaryléthercétones (PAEK). Ces thermoplastiques, développés depuis les années 1980, sont en train de voir leurs applications se multiplier dans des secteurs de pointe comme l’aéronautique, le spatial et le médical grâce à l’arrivée de l’impression 3D. Il faut dire que passé leurs spécificités de mise en œuvre et leur prix, ils présentent des propriétés vraiment attractives pour ces secteurs.

Des propriétés de l’extrême

Les deux PAEK les plus en vogue sont les PEEK et les PEKK, respectivement polyétheréther cétone et polyéther cétone cétone. Ils présentent tous deux des propriétés exceptionnelles : résistance aux températures élevées (260°C), forte résistance à la traction et aux déformations, résistance à l’abrasion et à la plupart des attaques chimiques, isolant et dissipant des charges électrostatiques, autoextinguible, biocompatible et stérilisable.

Certains fabricants en proposent même des versions améliorées avec par exemple l’intégration de fibres de carbone permettant d’augmenter encore les propriétés mécaniques. Ces composés ne sont pas amorphes comme la plupart des thermoplastiques, ils sont semi-cristallins ; une partie de leur masse cristallise en effet lors de la fabrication et c’est ce qui leur confère leurs propriétés si particulières.

Dans le domaine médical, leur structure est très proche des os humains ; les implants ostéoarticulaires montrent pour le moment des guérisons plus rapides et des complications diminuées.
Leurs propriétés mécaniques sont encore meilleures que l’Ultem™ (famille des polyétherimides), la référence la plus répandue parmi les plastiques à haute performance. Cependant, ce dernier présente pour le moment l’avantage d’un prix bien moindre.

Une mise en œuvre particulière

Ces thermoplastiques ont la particularité de nécessiter une impression à haute température, ce qui les rend plus difficiles à mettre en œuvre que les simples PLA. En outre, lors de l’impression, une partie de la masse cristallise ; le matériau change alors de densité puis se contracte au refroidissement. Ces changements induisent beaucoup plus de difficultés pour bien maîtriser le processus de fabrication. La mise en forme 3D se fait pour le moment via deux procédés : soit par dépôt de fil fondu (FDM – fused deposition modeling), soit par SLS (selective laser sintering – c’est-à-dire un frittage de poudre couche par couche sous la puissance d’un laser).

La différence entre le PEKK et le PEEK tient notamment au fait que le deuxième est uniquement semi-cristallin alors que le premier est amorphe et semi-cristallin. Sa mise en œuvre est un peu plus simple car on peut le modeler comme un matériau amorphe et le cristalliser pour lui donner ses propriétés de résistances par une cuisson secondaire.

Un marché qui se structure

Ces derniers mois, de nombreux partenariats industriels et de recherches, ainsi que des pièces marquantes, ont fait parler des PAEK. Les fabricants d’imprimantes se lient avec les fournisseurs de matières premières et les industriels pour développer des solutions clés en mains, tels qu’Arkema avec EOS pour la mise en œuvre de poudres de son PEKK Keptstan par exemple. Citons encore l’annonce, en avril 2018, par 3D Stratasys que son PEKK Antero™ 800NA allait permettre, en partenariat avec la société d’ingénierie Phoenix Analysis and Design Technologies (PADT) et Lockheed Martin, de fournir une centaine de pièce imprimées en 3D pour le premier module de mission lunaire Orion de la Nasa.

De leur côté, les grands acteurs de la chimie ont commencé à investir massivement dans la production. Ainsi, Arkema prévoyait pour 2018 le doublement de sa capacité de production de PEKK en France ainsi que l’installation d’une unité de production aux Etats-Unis et a lancé, en octobre 2018, une nouvelle plate-forme commerciale dédié à la fabrication 3D. Solvay, quant à lui, a aussi lancé en 2018 la construction d’une unité de production de PEKK outre-Atlantique afin de répondre aux demandes du secteur de l’aéronautique et noue des partenariats pour soutenir les industriels. Le géant de la chimie s’est ainsi allié à e-Xstream engineering, développeur du logiciel de simulation de fabrication additive Digimat®, pour qu’il intègre les caractéristiques de son filament PEEK KetaSpire® dans la version 2018 du logiciel.

Sophie Hoguin

Pour aller plus loin

Posté le par Christine SILVAND


Réagissez à cet article

Commentaire sans connexion

Pour déposer un commentaire en mode invité (sans créer de compte ou sans vous connecter), c’est ici.

Captcha

Connectez-vous

Vous avez déjà un compte ? Connectez-vous et retrouvez plus tard tous vos commentaires dans votre espace personnel.

INSCRIVEZ-VOUS
AUX NEWSLETTERS GRATUITES !