Pourquoi sécher les filaments pour l'impression 3D ?

Écrit part Bastien le 13 janvier 2022

Bastien de Neofab

Bastien
Bastien est ingénieur application chez Neofab.
Expert en impression 3D, notamment en matériaux, il a également une excellente maîtrise de la CAO.
Il livre ses conseils dans ses articles pour vous permette d'appréhender les différentes solutions d'impression 3D industrielles.

Sécher les filaments pour l'impression 3D est une étape cruciale afin d'obtenir les meilleurs résultats pour vos impressions 3D. Découvrez dans cet article pourquoi cette étape est si importante et quelles sont les bonnes pratiques pour sécher vos filaments.

Séchage des filaments : la solution contre l'humidité

La plupart des matériaux pour l'impression 3D sont hautement hygroscopiques, ce qui signifie qu'ils absorbent très facilement l'humidité. Malgré les précautions d'usine, il n'est pas rare qu'un filament emballé à sa fabrication ne soit pas toujours utilisable sans séchage préalable. Il ne faut pas oublier l'étape de séchage avant impression, même pour un matériau neuf sorti de son emballage. En le faisant monter à la température appropriée, cela élimine l'humidité qu'il aurait pu absorber.

Quels sont les effets de l'humidité sur les filaments ?

L'hygroscopicité, ou la capacité des filaments à absorber l'humidité, est un phénomène connu, notamment dans les matériaux de l'ingénierie. L'eau se dépose sur le matériau et pénètre à l'intérieur de celui-ci et un matériau plein d'eau ne peut s'extruder correctement.

Ce taux d'humidité entraine des problèmes importants lors du processus d'impression, pas forcément visibles à première vue. Il est important de sécher ses filaments car une petite quantité d'humidité peut avoir des effets négatifs sur les résultats des impressions. Voici les points clés sur lesquels l'humidité à un impact :

  • Les paramètres mécaniques de l'impression - lorsque l'on imprime en utilisant des matériaux hautes performances, on ne peut pas se permettre de perdre leurs paramètres mécaniques. 
  • La qualité du modèle - des bulles d'air peuvent apparaître sur les parois de l'impression.
  • La liaison inter-couches- cette liaison à tendance à mal se faire 
  • Porosité élevée - la structure du matériau qui a absorbé de l'humidité après l'impression peut être "spongieuse". Cela vient des pores du filament humide. Les molécules d'eau en contact avec une buse chaude s'évaporent en formant des bulles. Cela se traduit par la densité de la structure de l'impression et la précision dimensionnelle.

"Si un filament est trop humide on peut apercevoir à l'impression des coulures, des bulles et une mauvaise qualité d'impression. Il peut y avoir également une perte de rigidité des modèles et un plus grand risque de boucher sa buse. Je sèche toujours mes matériaux selon les recommandations du fabricant pour obtenir les meilleurs résultats."

Bastien Debaud
Ingénieur Application | Neofab

Processus de séchage des filaments

La clé pour obtenir les propriétés souhaitées d'une pièce imprimée est de chauffer le filament avant impression. En quoi consiste ce processus ?

Pour éliminer l'humidité en excès du matériau, il est nécessaire de placer la bobine de filament dans un dispositif approprié pour la sécher. Le temps et la température auxquels l'opération de chauffage doit être effectuée dépendent du matériau utilisé.

À quelle température les matériaux doivent être séchés ? 

La plupart des matériaux doivent être chauffés avant l'impression pour retirer l'humidité absorbée. Il est important de suivre les recommandations du constructeur afin de régler la température pour un séchage optimal. De cette façon, il sera plus facile d'éviter toute déformation liée à une température non adaptée.

Voici quelques recommandations pour le séchage des bobines :

  • PA6 [3DGence] : doit être chauffé à 85°C pendant au moins 24 heures. 
  • Nylon 680 [Taulman3D] : doit être chauffé à 70 - 80°C pendant environ 8 heures. 
  • ULTEM AM9085F-1010 [Sabic]doit être chauffé à 120°C pendant au moins 24 heures.
  • PolyMide CoPa [Polymaker]doit être chauffé à 60-80°C pendant environ 12 heures.
  • PEKK-A [Kimya] : doit être chauffé à 60°C pendant au moins 12 heures.
  • PEEK [3DGence]doit devant être chauffé à 75°C pendant au moins 24 heures.
PA6 trop basse température

Cet exemple en PA6 a été chauffé à 65°C pendant 24h (cette température est trop basse pour ce matériau).

pA6 séché avant utilisation

Le matériau PA6 après avoir été chauffé à 85°C pendant 24h (c'est la température adéquate pour obtenir de bons résultats).

La déshumidification des filaments

Une bonne préparation des matériaux est nécessaire pour un bon processus d'impression. Il existe plusieurs façons de sécher les filaments.

Utiliser un système de séchage dédié

Il existe de nombreux appareils sur le marché qui sont dédiés au séchage des matériaux. 3DGence préconise un four de séchage de laboratoire SLW 53 pour chauffer les matériaux avant leur utilisation. Cet équipement est équipé de programmes permettant de s'assurer un contrôle de la température de séchage tout au long du processus.

Choisir un simple four ménager ?

L'opération de séchage des filaments pour l'impression 3D est le point clé et est une étape indispensable du processus d'impression 3D. C'est pour cette raison que cette opération doit être effectuée dans des bonnes conditions. Il est possible d'utiliser un four ménager, cependant il n'a pas été conçu pour programmer un cycle de séchage et ne dispose pas des mêmes spécificités qu'un four industriel. Sachez qu'une mauvaise utilisation d'un tel four peut endommager le matériau et mettre en péril tout le processus d'impression.

Four de séchage 3DGence

Four 3DGence SLW53

compartiment matière thermorégulé 3DGence

Compartiment matière thermorégulé F420

Est-il possible que les filaments deviennent humides si l'impression dure plusieurs heures ?

Oui, même si le filament est chauffé au préalable, pendant le processus lui-même, le filament peut à nouveau absorber l'humidité. C'est pour cette raison que l'on utilise des imprimantes équipées des compartiments matières thermorégulés pour éviter ce problème d'humidité.

Les imprimantes 3DGence possèdent ce système pour garder une température élevée et limiter les infiltrations d'air. De cette manière, les bobines sont protégées de l'humidité tout au long du processus d'impression.

Comment reconnaître un filament humide ?

À la vérification du poids de la bobine

Il est possible de se référer au poids du matériau pour vérifier s'il a accumulé de l'humidité. En effet, une fois la bobine sortie de la chaine de fabrication traverse différentes étapes (packaging, expédition, stockage.) et peut se charger en eau tout au long de son transport.

Voici un exemple concret :

Après déballage, le poids du Nylon 680 [Taulman] est de 466,5 g. Le matériau a été laissé pendant 24 heures à 23°C et à 48% d'humidité de l'air.

Le matériau a-t-il absorbé l'humidité ambiante ? Oui, après avoir pesé le matériau, il s'est avéré que son poids a augmenté de 0,6 g pour atteindre 467,1 g. Le matériau a été chauffé conformément aux recommandations et placé pendant 8 heures à une température de 70°C. Le chauffage du matériau a permis de réduire sa masse à 464,2 g. Cela signifie que ce processus à permet réduire l'humidité du filament pour permettre son extrusion dans les meilleures conditions.

À l'impression

Si le filament n'est pas passé par l'étape de séchage avant impression, voici ce que l'on peut constater lors de son extrusion :

  • La formation de bulles
  • L'évaporation visible de l'humidité par de la fumée blanche
  • Le filament est plus souple et peu avoir tendance à coller pour les filaments solubles
  • Un sifflement ou un bruit de craquement

Il manque de la matière lors de l'extrusion et cela affecte directement la réalisation des différentes couches. L'objet final a un aspect final non optimal et le manque de matière fragilise le modèle.

Nylon non séché

Cet exemple en Nylon 680 n'a pas été séché avant son impression.

Nylon séché avant impression

Nylon 680 après avoir passé 8h à 70°C.

Que peut-on retenir du séchage des filaments avant impression ?

Le séchage des filaments pour l'impression 3D est une étape cruciale et aura un impact significatif sur la qualité des impressions. 

Pensez à ne pas oublier de vérifier l'humidité des filaments avant impression grâce au poids du matériau. L'absence de différences visibles après le déballage du matériau ne signifie pas que le filament n'a pas absorbé d'humidité. Le seul moyen de vérifier est en pesant la bobine et en évaluant la qualité de surface après impression. Partez donc toujours du principe, même neuf et emballé hermétiquement, que le filament doit être séché conformément aux recommandations du fabricant.

Il faut également essayer de contrôler l'hygrométrie tout au long du processus d'impression autant que possible. Une solution est d'utiliser des machines ayant des compartiments matières thermorégulés qui garantissent le maintien de la bonne température pour le matériau. Il est également important de stocker le filament en toute sécurité après l'impression (fermé hermétiquement avec un sachet dessiccant à l'abri du soleil.). Renouvelez l'étape de séchage pour vos prochaines impressions afin d'obtenir les meilleurs résultats !

Saviez-vous que cette étape de séchage était aussi importante dans le processus d'impression ? Pensez à nous contactez pour en savoir plus et optimiser vos impressions.

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