TPU issu de l'impression 3D SLS : des composants flexibles selon vos besoins

Qu'il s'agisse d'éléments techniques d'amortissement, de tuyaux flexibles, de poignées ou de claviers, le TPU et les matériaux flexibles de type caoutchouc peuvent être utilisés pour une grande variété d'applications. Si le matériau est traité avec la technologie d'impression 3D SLS (ou FDM), de nouvelles possibilités s'offrent à vous.

Contenu de ce blog :

• Impression 3D de TPU avec SLS : quels sont les avantages ?
• Propriétés techniques des matériaux
• Pourquoi l'impression 3D SLS est-elle plus complexe pour le TPU que pour d'autres matériaux ?
• Conseils de conception pour le TPU
• Exemples d'applications
• Prix et économie des pièces en TPU imprimées en 3D

Le TPU, également connu sous le nom de polyuréthane thermoplastique, est un plastique élastomère très souple et résistant aux graisses et aux huiles. Dans la fabrication additive, le TPU a de nombreuses applications, depuis les semelles de chaussures et les pneus jusqu'aux éléments de construction personnalisés et aux coques de téléphone portable. Il est particulièrement adapté à l'impression 3D de produits finis, de prototypes fonctionnels et de modèles de conception. Dans cet article de blog, vous apprendrez ce qu'il faut prendre en compte lors de l'impression 3D avec le TPU, quels sont les avantages de ce matériau flexible dans la fabrication additive et dans quels domaines d'application le TPU peut se montrer particulièrement performant. Nous donnons également de précieux conseils de conception et évaluons le rapport coût-bénéfice. Cet article se concentre sur la technologie d'impression SLS, car le TPU pose de grands défis pour le processus d'impression et les structures en treillis fabriquées à partir de TPU ne peuvent pas être imitées avec FDM, par exemple (structures de support, etc.).

• Le TPU offre une dureté Shore de 55 à 75. La dureté Shore est une mesure de la dureté des plastiques et est utilisée dans l'industrie de l'impression 3D pour comparer les propriétés de différents matériaux. La dureté est mesurée sur une échelle de 0 à 100, les valeurs les plus élevées représentant les matériaux les plus durs. Dans le cas des TPU, la dureté est réglable de manière très fine et transparente : plus on introduit d'énergie dans le matériau pour le faire fondre, plus il devient dur. Le TPU offre donc une excellente polyvalence, du dur au mou.
• Le TPU offre une récupération élevée avec une faible déformation rémanente à la compression, ce qui est nettement mieux que les plastiques comparables. Le TPU revient à son état d'origine presque toujours.
• La plupart des TPU peuvent tolérer des contraintes thermiques continues allant jusqu'à 80° Celsius, et jusqu'à 120° Celsius pour de courtes périodes. Avec des TPU spéciaux, il est possible d'obtenir une résistance à la chaleur encore plus élevée, jusqu'à 180° Celsius.
• Les TPU sont partiellement résistants aux UV. Si le matériau est exposé à une forte lumière solaire, il se décolore. Cependant, il ne faut pas s'attendre à des influences sur les propriétés mécaniques.
• Les TPU offrent une élongation à la rupture extrêmement élevée, jusqu'à 500 %. L'allongement à la rupture décrit jusqu'où un composant peut être tiré avant de se fissurer. Le TPU issu de l'impression 3D SLS atteint presque les valeurs des pièces en TPU moulées par injection, qui offrent un allongement à la rupture d'environ 700 %.
• L'hydrolyse n'est plus un problème avec les TPU modernes. Après environ 10 ans, un effet d'hydrolyse est visible ; à court terme, l'eau et les températures ne jouent plus aucun rôle.
• Conception flexible des couleurs : les composants fabriqués additivement en TPU peuvent être colorés de différentes manières. Le TPU noir est particulièrement intéressant car il imite le "matériau caoutchouc" typique. En général, pratiquement toutes les couleurs sont possibles, mais les tons clairs sont un peu plus difficiles à réaliser.

Vous pouvez consulter les propriétés techniques en détail sur les pages détaillées des matériaux :

Le lissage mécanique de la surface n'est pas possible avec le TPU. Cependant, le lissage chimique est possible avec des solvants et des processus de travail spécialement adaptés. Une option très intéressante consiste à sceller la surface de manière étanche. Cela signifie que l'eau ne peut plus s'infiltrer dans le composant imprimé.

Si les composants doivent être colorés, cela se fait de préférence par teinture au trempé. Dans ce processus, la couleur naturelle du TPU est surteinte. Une autre propriété écologique et durable du TPU dans l'impression 3D SLS est que la poudre peut être réutilisée à 100 %, puisqu'elle n'est pas endommagée par le processus d'impression thermique. Dans la pratique, cependant, seul un mélange de 10 à 15 % par travail d'impression est effectué afin de maintenir la qualité des impressions constante.

Pour l'impression 3D du TPU, les mêmes règles de conception s'appliquent que pour le matériau PA12. En outre, il convient de tenir compte des particularités suivantes lors de la conception :

• Aucune structure de support n'est nécessaire lors de l'impression 3D de TPU par frittage sélectif au laser (SLS).
• Les tubes, les profils et les contre-dépouilles doivent être conçus aussi généreusement que possible. Lors de la conception, il faut toujours veiller à ce que la poudre agglomérée puisse être enlevée.
• Si les pièces doivent être lissées chimiquement après l'impression 3D, les "surfaces non fonctionnelles" et les "surfaces visibles" doivent être définies avec précision. Dans le cas du lissage chimique, il y a toujours un point d'appui ou d'attache, comparable aux points de coulée des pièces moulées par injection. Il est également possible d'ajouter un crochet en CAO, qui sera retiré après l'impression (si nécessaire).
• L'épaisseur de la paroi doit être d'au moins 1 mm. Bien que la focalisation du laser soit nettement plus faible avec la SLS, le traitement du TPU nécessite une épaisseur d'au moins 1 mm au cours du processus. C'est le seul moyen d'obtenir la stabilité requise du composant. Une épaisseur de paroi inférieure à 1 mm est possible pour les pièces de série si les possibilités techniques ont été déterminées à l'avance et adaptées à l'application.
• La capacité de charge cyclique des pièces en TPU dépend de la géométrie et de la charge réelle (flambage ou pressage). En principe, le TPU présente toutefois une grande résistance à la fatigue.
• L'imperméabilisation et la protection contre les éclaboussures peuvent être obtenues par lissage chimique. En fonction du profil d'étanchéité et du partenaire d'étanchéité, les composants peuvent également être rendus directement étanches. Si nécessaire, veuillez nous envoyer une demande individuelle dans le magasin.

Pour les formes moins complexes, la technologie FDM peut être une alternative, car elle est moins coûteuse pour les composants TPU. Cependant, en fonction de la géométrie, des structures de support sont nécessaires pour l'impression 3D FDM. Ces structures sont plus souvent nécessaires avec le TPU qu'avec d'autres matériaux, ce qui limite considérablement l'imprimabilité des pièces en TPU avec la technologie FDM. Si vous avez des questions à ce sujet, veuillez envoyer une "demande individuelle" au magasin.

Complétées par des structures en treillis, des applications très intéressantes peuvent être réalisées avec le TPU. La dureté des composants imprimés peut être ajustée très finement par la géométrie. Par exemple, la structure Kelvin, semblable à une mousse, produit des composants souples qui résistent mieux aux charges de flexion, tandis que la structure octet, également semblable à une mousse, permet d'obtenir des composants plus durs qui résistent de manière optimale aux charges de traction. Les applications typiques du TPU issu de l'impression 3D SLS sont les suivantes :

• Poignées ou protections contre les chocs pour les vélos de montagne.
• Soufflets en petites ou moyennes quantités particulièrement résistants aux huiles et aux graisses
• Claviers pour panneaux de commande dans les usines et la construction mécanique
• Pieds de machine
• Pneus pour modèles réduits télécommandés
• Tuyaux flexibles avec surfaces étanches pour applications dans le compartiment moteur
• Éléments techniques d'amortissement dans la construction d'installations - ici, les petites quantités et les composants qui s'adaptent exactement à l'application sont demandés.
• Profils d'étanchéité
• Orthèses individuelles dans le domaine de l'orthopédie
• Réalisation d'idées de design dans le secteur de la mode
• Semelles de chaussures lavables en machine à laver
• Tous les domaines d'application où une friction statique optimale est requise.

À la question de savoir jusqu'à quelle quantité de TPU peut être imprimée en 3D de manière compétitive, nous devons répondre par une règle empirique. Selon cette règle, la rentabilité dépend fortement de la taille et de la complexité du composant requis. En SLS, les séries typiques ont un volume compris entre 5 000 et 15 000 pièces. Pour le TPU, les quantités permettant une impression 3D économique sont légèrement inférieures.

Lorsqu'il s'agit de très grandes quantités, l'impression 3D de TPU n'est pas aussi rentable que le moulage par injection. L'intérêt de l'impression 3D de matériaux souples tels que le TPU réside principalement dans sa complexité - et offre d'immenses avantages lorsque la production à l'aide de méthodes conventionnelles n'est pas possible. Ou lorsque le moulage par injection ne permet pas de produire de petites quantités de manière rentable.

Si vous avez des questions sur l'impression 3D TPU ou d'autres sujets spécialisés, n'hésitez pas à nous contacter. Nous nous réjouissons de votre projet.

Votre Jellypipe