Synthèse des essais de résistance d'éprouvettes imprimées avec du filament PET-G

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Cet article fait suite à la première série de tests réalisés sur le banc d'essai pour l'impression 3D réalisée par Filimprimante3d.fr.

Les tests ont été réalisés sur du filament PET-G dailyfil naturel (sans pigmentation).

Cette première série d'essais a permis de dégager un panorama des tests qui pourront être reproduits pour d'autres matériaux :

Nous présentons ci-dessous les conclusions de cette première série d'essais.

La résistance à la flexion augmente avec le taux de remplissage

Ce premier test ne laisse pas de place au doute. Plus le taux de remplissage est important, plus la flèche maximale est importante. Il en va de même pour la charge à la flèche maximale. Plus le taux de remplissage est important, plus la charge appliquée avant rupture est importante.

Ces résultats semblent "logiques", encore faillait-il conforter des convictions par des faits.

Les éprouvettes imprimées sur l'arête sont plus résistantes que celles imprimées à plat

Cet essai est particulièrement intéressant. Au vue des dimensions de l'éprouvette de référence, il paraît logique pour bon nombre d'imprimeurs de positionner l'éprouvette "à plat". Ce choix peut être raisonné par le besoin de contrer le phénomène de warping, mais même sans cette considération, il paraît tombé sous le sens. Mais est-ce le bon choix en terme de propriétés de flexion ?

Dans cet essai la position "debout" ressort comme la moins appropriée, l'adhérence inter-couche, talon d'Achille de la fabrication additive, étant très logiquement à l'origine de pièces très peu résistantes.

Mais cet essai prouve, et sans nuance, que les éprouvettes imprimées "sur l'arête" sont plus résistantes que celles imprimées "à plat".

La résistance à la flexion augmente avec la température

Le choix de la température d'impression est généralement guidé, suite à différents tests, par le rendu esthétique de l'impression. Chaque filament dispose de sa température d'impression optimale fonction du type de thermoplastique, de la couleur, de la vitesse d'impression. C'est la raison pour laquelle les fabricants de filament n'annoncent pas une température fixe mais une plage.

Au-delà du rendu esthétique, nous avons souhaité vérifier s'il existait une influence de la température d'impression sur la solidité des pièces.

L'essai démontre clairement qu'une impression à la température la plus basse possible produit des pièces moins résistantes que celles imprimées sur le haut de la plage.

Ceci peut s'expliquer par la meilleure adhérence intercouches obtenue à haute température.

L'influence de l'épaisseur des couches est faible voire nulle sur la résistance à la flexion

La hauteur de couches a un impact très important sur la durée d'impression et le rendu esthétique de la pièce, notamment sur les pièces présentant des formes sphériques sur l'axe Z (effet "escalier").

Un premier essai mené sur des éprouvettes imprimées "sur l'arête" ne met pas clairement en évidence une différence de comportement selon que les éprouvettes aient été imprimées avec une épaisseur de couches de 0.100, 0.200 ou 0.300 mm.

Un deuxième essai a été réalisé avec des éprouvettes imprimées à plat. Les éprouvettes imprimées à 0.100 mm présentent une résistance inférieure. Mais notons que le nombre de couches pleines est identique pour les trois modalités. Aussi les éprouvettes à 0.200 et 0.300 mm ont bénéficié de bottom et top plein plus épais.

Imprimer lentement n'augmente pas la résistance à la flexion

La durée d'impression est l'un des talons d'Achille de l'impression 3D. La durée d'impression peut être réduite en augmentant la hauteur des couches, mais ceci à un impact sur la rendu de la pièce. L'autre option est de faire varier la vitesse d'impression. Mais quel est l'impact de la vitesse d'impression sur la résistance des objets imprimés ?

Dans cet essai nous avons imprimé des éprouvettes à vitesse standard puis nous avons réduit la vitesse à 50%. Cet essai démontre qu'il est difficile de mettre en évidence une différence de résistance entre les deux types d'éprouvette. Imprimer lentement n'améliore pas la résistance des pièces imprimées en 3D.

Le type de remplissage, rectiligne ou nid d'abeille, présente un impact faible voire nulle sur la résistance à la flexion

Le remplissage est inhérent à la fabrication additive. Cette technologie permet de ne pas remplir complètement l'objet. Cela permet de réduire à la fois le temps d'impression, la quantité de matière première utilisée et la masse de la pièce produite. Les logiciels de tranchage proposent différents types de remplissage.

Nous avons souhaité vérifier s'il existait une différence de résistance selon que l'on choisisse l'un des deux types de remplissage les plus communs : rectiligne ou nid d'abeille. Le taux de remplissage a été ajusté afin que la même quantité de matière première utilisée soit identique. Les durées d'impression sont également quasi égales.

Il ressort de cet essai qu'aucune différence de résistance n'a pu être mis en évidence. Rappelons que ce résultat vaut pour l'éprouvette type et le matériau utilisé.

Retour d'expérience

De 3 à 5 éprouvettes par modalité

Les premiers essais ont été réalisés avec 3 éprouvettes par modalité. Il est rapidement apparu une disparité, parfois non négligeable, pour des éprouvettes d'une même modalité. Aussi les derniers tests ont été réalisés avec 5 éprouvettes par modalité.

Pour autant, cette disparité de comportement pour des éprouvettes censées présenter un comportement similaire, démontrent une répétabilité modérée avec cette technologie à dépôt de filament fondu, à ce jour.

Des éprouvettes imprimées simultanément

Pour les premiers tests, les pièces étaient imprimées l'une après l'autre au cours d'une même session d'impression (option "Complete individual objects" activée) ou une à une, sur des sessions d'impression différentes. Ce choix était basé sur l'hypothèse que des pièces imprimées simultanément perdaient en résistance du fait du refroidissement des couches lorsque la buse imprime une autre pièce.

Mais cette méthodologie est très chronophage.

Aussi, après une série de tests annexes, nous avons pu constater que le fait d'imprimer les pièces une à une ou simultanément n'influait en rien les propriétés à la flexion des éprouvettes.

Aussi par la suite nous avons fait le choix d'imprimer les séries d'éprouvettes simultanément.