Polymères thermoplastiques

Un thermoplastique est un type de plastique constitué de résines polymères rigides à température ambiante, qui deviennent malléables sous l’effet de la chaleur et se solidifient à nouveau en refroidissant. Lorsqu’ils sont chauffés, les thermoplastiques se liquéfient de manière homogène et peuvent être moulés en diverses formes. Certains thermoplastiques proviennent de l’industrie pétrochimique et sont difficiles à éliminer de manière écologique, tandis que d’autres, dérivés de sources naturelles comme l’amidon de maïs, sont compostables. Certains, même issus du pétrole, sont recyclables.
Les matériaux thermoplastiques les plus utilisés en impression 3D sont l’acide polylactique (PLA), le PET/PET-G, le nylon (polyamide ou PA), l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS), l’acrylonitrile styrène acrylate (ASA), le polycarbonate (PC) et le polypropylène (PP). Certains thermoplastiques, comme l’ULTEM (polyétherimide/PEI), le PEEK et le PEKK, offrent une très grande résistance à la chaleur et aux produits chimiques, comparable à certains métaux. Ils sont souvent désignés comme des plastiques techniques ou de haute performance. Les thermoplastiques incluent aussi des matériaux souples comme le TPU (polyuréthane thermoplastique) et les TPE (élastomères thermoplastiques).
Ces matériaux peuvent aussi être classés selon leur structure moléculaire : certains sont amorphes, d’autres semi-cristallins. Les thermoplastiques amorphes présentent une structure moléculaire désordonnée et n’ont pas de point de fusion précis, ce qui les rend progressivement plus souples à mesure que la température augmente. Ce sont généralement des plastiques translucides, comme le PC, l’ABS, le PMMA (acrylique), le polystyrène (PS), le polysulfone (PSU) et le chlorure de polyvinyle (PVC). Cette catégorie comprend aussi le PEI haute performance. Les thermoplastiques semi-cristallins, quant à eux, ont une structure partiellement cristalline avec un point de fusion bien défini (généralement dans une plage de moins de 5 °C). Contrairement aux amorphes, ils restent solides jusqu’à ce qu’une certaine chaleur soit absorbée. Grâce à leurs fortes liaisons moléculaires, ils forment des plastiques très résistants. Les thermoplastiques semi-cristallins couramment utilisés en impression 3D incluent le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyéthylène téréphtalate (PET), le PEEK et le PEKK. Le PEEK et le PEKK appartiennent à la famille des polymères techniques PAEK.
Les thermoplastiques pour l’impression 3D sont disponibles sous trois formes principales : filaments, granulés et poudres. Le choix dépend principalement des technologies additives utilisées. Presque tous les thermoplastiques existent sous forme de granulés (leur forme brute standard, aussi utilisée dans le moulage par injection traditionnel). De nombreux granulés peuvent être transformés en filaments, adaptés aux technologies d’extrusion de filaments thermoplastiques (FFF). Cependant, toutes les imprimantes à extrusion ne sont pas compatibles avec tous les matériaux, en raison de limites techniques (température d’extrusion, enceinte fermée, etc.). Certains thermoplastiques sont aussi disponibles sous forme de poudre pour les procédés PBF (fusion sur lit de poudre). Les plus courants aujourd’hui sont divers types de nylon (PA), d’élastomères thermoplastiques (TPU/TPE), de polypropylène (PP) et de PEEK.