L'impression 3D, avec sa technologie de fabrication unique, nous permet de produire des types d'articles sans précédent et de réduire les coûts, de diminuer les heures de travail et de supprimer les processus complexes pour les entreprises. Le véritable avantage de la technologie d'impression 3D réside dans ses matériaux d'impression, qui peuvent imiter les propriétés mécaniques ou thermiques des matériaux plastiques et métalliques, mais c'est aussi une raison technique majeure qui limite actuellement le développement de l'impression 3D.
Étant donné que la technologie de fabrication par impression 3D a complètement modifié l'industrie et les principes de fabrication traditionnels et qu'elle constitue une subversion du modèle de fabrication traditionnel, les matériaux d'impression 3D sont devenus le principal goulot d'étranglement qui limite le développement de l'impression 3D, mais aussi le point clé et la difficulté de l'innovation de rupture en matière d'impression 3D. À l'heure actuelle, les matériaux d'impression 3D comprennent principalement les matériaux polymères, les matériaux métalliques, les matériaux céramiques et les matériaux composites, etc.
Les matériaux d'impression 3D sont principalement divisés en quatre types de matériaux : les polymères d'impression 3D, les matériaux métalliques d'impression 3D, les matériaux céramiques d'impression 3D et les matériaux composites d'impression 3D.
Les matériaux d'impression 3D constituent une base matérielle importante pour le développement de la technologie d'impression 3D et, dans une certaine mesure, le développement des matériaux détermine si l'impression 3D peut avoir une application plus large. À l'heure actuelle, les matériaux d'impression 3D comprennent principalement des plastiques techniques, des résines photosensibles, des matériaux de type caoutchouc, des matériaux métalliques et des matériaux céramiques, etc. En outre, les plâtres colorés, la poudre d'os artificielle, les matériaux biologiques cellulaires et les matériaux alimentaires tels que le sucre cristallisé sont également utilisés dans le domaine de l'impression 3D.
Les matériaux polymères sont principalement divisés en plastiques techniques, bioplastiques, thermodurcissables, résines photosensibles, gels polymères, etc.
Les matériaux métalliques comprennent principalement les métaux ferreux et non ferreux.
Les céramiques et les composites font principalement référence aux matériaux céramiques et aux composites.
Bien que la plupart des matériaux utilisés pour l'impression 3D soient des plastiques, les matériaux métalliques ont également leurs propres utilisations. Nous examinerons ensuite plusieurs matériaux métalliques couramment utilisés pour l'impression 3D.
Le métal possède de bonnes propriétés mécaniques et une bonne conductivité électrique. Les matériaux ferreux comprennent principalement l'acier inoxydable et les alliages à haute température.
L'acier inoxydable est l'abréviation d'acier inoxydable résistant à l'acide, résistant à l'air, à la vapeur, à l'eau et à d'autres milieux faiblement corrosifs ou à l'acier inoxydable appelé acier inoxydable ; et sera résistant à la corrosion des milieux chimiquement corrosifs (acide, alcali, sel et autre lixiviation chimique) de l'acier appelé acier résistant à l'acide. En raison des différences de composition chimique entre les deux et de leur résistance à la corrosion, l'acier inoxydable ordinaire n'est généralement pas résistant à la corrosion chimique, tandis que l'acier résistant à l'acide est généralement inoxydable.
L'acier inoxydable est le matériau d'impression métallique le moins cher, et la surface des produits en acier inoxydable à haute résistance fabriqués par impression 3D est légèrement rugueuse et présente des taches. L'acier inoxydable est disponible dans une variété de surfaces brillantes et givrées et est souvent utilisé pour l'impression 3D de bijoux, de composants fonctionnels et de petites sculptures.
Les alliages pour hautes températures présentent une excellente résistance à haute température, une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion thermique, de bonnes propriétés de fatigue, une bonne résistance à la rupture et d'autres propriétés globales.
Les alliages à haute température sont devenus le principal matériau d'impression 3D pour les applications de l'industrie aérospatiale en raison de leur résistance élevée, de leur stabilité chimique, de leur difficulté à être moulés et traités, et du coût élevé des processus de traitement traditionnels. Grâce à la recherche à long terme et au développement de la technologie d'impression 3D, les pièces d'avion fabriquées par impression 3D ont été largement utilisées en raison des avantages qu'elles présentent en termes de coûts et de temps de traitement.
Métaux non ferreux, y compris le titane, les alliages d'aluminium et de magnésium, le gallium et les métaux précieux rares.
Le titane, qui ressemble à l'acier et a une couleur gris argenté, est un métal de transition qui a été considéré comme un métal rare pendant un certain temps. Le titane n'est pas un métal rare, il représente environ 0,42 % du poids total de la croûte terrestre, soit 16 fois plus que le total du cuivre, du nickel, du plomb et du zinc. Il se classe au septième rang mondial des métaux et plus de 70 minéraux contiennent du titane. Le titane a une grande résistance, une faible densité, une grande dureté, un point de fusion élevé et une grande résistance à la corrosion. Le titane de grande pureté a une bonne plasticité, mais devient cassant et dur en présence d'impuretés.
Les pièces en titane fabriquées à l'aide de la technologie d'impression 3D sont très résistantes et de taille précise, pouvant produire la plus petite taille jusqu'à 1 mm, et les propriétés mécaniques de leurs pièces sont meilleures que celles du processus de forgeage. La société Metalysis, basée au Royaume-Uni, a réussi à imprimer des pièces automobiles telles que des roues et des turbocompresseurs à l'aide de poudres métalliques de titane. En outre, les consommables à base de poudres métalliques de titane dans l'impression 3D de l'industrie automobile, aérospatiale et de défense auront des perspectives d'application très larges.
En raison de ses performances supérieures en termes de légèreté et de résistance, l'alliage magnésium-aluminium a été utilisé dans un grand nombre d'applications pour répondre aux besoins de légèreté de l'industrie manufacturière, et il ne fait pas exception dans la technologie de l'impression 3D, où il est un matériau alternatif privilégié par les principaux fabricants.
Les produits imprimés en 3D ont de plus en plus d'influence dans le monde de la mode. Les créateurs de bijoux du monde entier tirent le meilleur parti de la technologie de prototypage rapide par impression 3D, qui constitue une alternative puissante et pratique à d'autres méthodes de fabrication pour l'industrie créative. Dans le domaine de l'impression 3D de bijoux, les matériaux couramment utilisés sont l'or, l'argent sterling, le laiton, etc.
Ce qui précède concerne les matériaux d'impression 3D. Shanghai Truer propose une large gamme de poudres de titane et d'alliages de titane et d'aluminium de haute qualité, de poudres d'alliages à haute température, de poudres d'alliages réfractaires, de poudres à base de fer et de poudres d'alliages à haute entropie.
Additional FAQs: Classification of 4 Common Materials Used in 3D Printing
1) What are the four primary classes of 3D printing materials and their typical processes?
- Polymers (FDM/FFF, SLA/DLP, SLS), metals (LPBF/SLM, EBM, DED, MIM), ceramics (stereolithography slurries, binder jetting + sinter, robocasting), and composites (short/continuous fiber FFF, SLS-filled, photocomposites).
2) How should I choose between polymer vs. metal for functional parts?
- Start from the use case: polymers for moderate strength, chemical resistance, and cost efficiency; metals for high temperature, structural loads, and fatigue. Consider certification needs (aerospace/medical) and total cost including post-processing.
3) What role do particle size and morphology play for metal and ceramic powders?
- Spherical, narrow PSD powders improve flowability, packing, and density in powder-bed processes. Irregular particles can boost green strength in binder systems but may reduce flow and cause surface roughness.
4) Are composites just “filled plastics,” or can they match metal performance?
- Fiber-reinforced composites (e.g., CF-PEEK, CF-nylon, continuous carbon fiber) can rival aluminum in stiffness-to-weight for specific designs. However, temperature limits and through-thickness strength still trail most metals.
5) What safety considerations differ across the four classes?
- Polymers: VOCs/particulates from thermoplastics and resins (use enclosures and filtration). Metals: fine powders are reactive—use grounding, inert handling, and PPE. Ceramics: respirable silica/oxide dust control. Composites: fiber dust and resin handling; observe MSDS/SDS for each material.
2025 Industry Trends: Material Classification Focus
- Metals: Surge in aluminum and copper alloy qualifications for EV thermal components; broader availability of beta-titanium and high-γ′ Ni superalloys.
- Polymers: Growth of ESD-safe, flame-retardant UL 94 V-0 grades for factory tooling; bio-based and recycled filament share rises.
- Ceramics: Increased adoption of alumina and zirconia for dental and semiconductor fixtures with automated debind/sinter workflows.
- Composites: Wider use of continuous fiber for lightweight jigs and end-of-arm tooling; better interlayer adhesion with plasma-assisted FFF.
2025 Material Snapshot by Class (Indicative, global)
| Class | Representative Grades (2025) | Common Processes | Typical Part Strength/Temp | Cost Range (Material Only) |
|---|---|---|---|---|
| Polymères | PA12, PA11, PETG, ABS, PC, PEEK, PEKK, ESD/FR blends | FDM/FFF, SLS, SLA/DLP | 40–100 MPa tensile; up to 250–300°C (PEEK/PEKK) | $20–$350/kg |
| Métaux | 316L, 17-4PH, Ti-6Al-4V, IN718, AlSi10Mg, CuCrZr | LPBF/SLM, EBM, DED, Binder Jet + Sinter | 400–1300 MPa tensile; 200–700°C service | $60–$300/kg (pre-alloyed powders) |
| Céramique | Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC (R&D) | SLA-slurry, Binder Jet + Sinter, Robocasting | High hardness; >1000°C | $80–$500/kg (slurries/powders) |
| Composites | CF/GF-PA, CF-PEEK, filled-PA12, photocomposites | FFF (short/continuous fiber), SLS, SLA | Up to 150–300 MPa (directional); 120–250°C | $50–$600/kg |
Additional indicators:
- Qualified AM metal alloys grew from ~35 (2022) to ~60+ (2025), led by aluminum, copper, and beta-Ti.
- Recycled polymer feedstock share in FFF/SLS surpasses 15% in 2025 for tooling and consumer goods.
- Dental zirconia AM volumes up ~18% YoY due to automated CAM-to-sinter pipelines.
Sources:
- ASTM/ISO AM standards catalogs: https://www.astm.org and https://www.iso.org
- Wohlers/ContextAM market briefs (industry reports)
- FDA/EMA guidance for medical AM materials: https://www.fda.gov and https://www.ema.europa.eu
- NIST AM Bench and materials datasets: https://www.nist.gov/ambench
Latest Research Cases
Case Study 1: CF-PEEK Composite Brackets for Aerospace Interiors (2025)
Background: An aerospace tier-1 sought metal replacement for cabin brackets to reduce weight while meeting flammability and strength specs.
Solution: Printed continuous carbon fiber reinforced PEEK using heated-chamber FFF; optimized layup with topology optimization; applied plasma surface treatment for bonding.
Results: 42% weight reduction vs. machined aluminum, maintained factor of safety >1.5, passed FAR 25.853 flammability; cost down 18% at 200-unit batches.
Case Study 2: Binder Jetting of 316L with Recycled Powder Fraction (2024)
Background: An industrial OEM aimed to lower powder costs and waste in stainless steel production parts.
Solution: Introduced 20% recycled -20/+45 µm fraction blended with virgin powder; tuned debind and sinter curves and applied post-HIP for critical parts.
Results: Achieved 98.5–99.3% relative density, yield strength within 3% of all-virgin baseline, material cost reduced 14%, no increase in dimensional nonconformance over 1,200 parts.
Expert Opinions
- Dr. Karla J. Boehm, Materials Scientist, NIST
- Viewpoint: “Powder morphology and oxygen/nitrogen control are now as decisive as alloy choice for metal AM, particularly when comparing classifications across polymers, metals, and ceramics.”
- Prof. Filippo Berto, Chair of Fracture Mechanics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU)
- Viewpoint: “For composite AM, interlaminar fracture and load-path design dominate; continuous fiber steering unlocks metal-like stiffness-to-weight in targeted regions.”
- Sarah Goehrke, AM Industry Analyst
- Viewpoint: “In 2025, buyers are classifying materials not only by base chemistry but by certification pathway—UL, FDA, aerospace AMS—because qualification cost defines ROI as much as raw material price.”
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM 52900 and 52907: AM fundamentals and metal powder feedstock specs. https://www.iso.org
- ASTM F42 and D20 committees: Standards for polymers, metals, and composites in AM. https://www.astm.org
- MPIF design guides for metal powders and sintering. https://www.mpif.org
- OSHA/NIOSH guidance for polymer, metal, and ceramic powder safety. https://www.osha.gov and https://www.cdc.gov/niosh
- MatWeb materials database for datasheets across the four classes. https://www.matweb.com
- Senvol Database for AM materials and machine-process compatibility. https://senvol.com
- NIST AM-Bench measurement science resources and datasets. https://www.nist.gov/ambench
- UL 94 and FAR 25.853 references for flame and smoke toxicity for polymer/composite applications. https://www.ul.com
Last updated: 2025-08-25
Changelog: Added 5 FAQs tailored to the four material classes; inserted 2025 trend table and indicators; provided two recent case studies; included expert opinions; compiled practical tools/resources with authoritative links
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if major AM materials standards (ASTM/ISO) update, new FDA/UL certifications impact classifications, or market data shows >10% shift in alloy/polymer adoption mix
