La technologie de l'impression 3D, qui est une technologie de pointe émergente, modifie profondément la façon dont les êtres humains sont produits. L'utilisation de l'impression 3D dans diverses industries a également conduit à l'application et au développement d'un nombre croissant de produits de haute technologie. Matériaux d'impression 3D. Dans cet article, nous allons parler des matériaux utilisés pour l'impression 3D.
Plus de 200 matériaux sont aujourd'hui disponibles pour l'impression 3D, et d'autres seront utilisés dans un avenir proche, car la technologie est utilisée dans un nombre croissant d'industries. Parmi les plus de 200 matériaux utilisés pour l'impression 3D, les métaux, les polymères, les céramiques, les composites et les biomatériaux sont actuellement les matériaux les plus couramment utilisés pour l'impression 3D. Dans cet article, nous donnerons un bref aperçu des différents types de matériaux et d'applications pour l'impression 3D.
matériaux métalliques
Le développement rapide des matériaux métalliques dans le domaine de l'impression 3D découle de la demande dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'électronique, etc. Parmi les nombreux matériaux métalliques, les alliages de titane sont les plus utilisés, suivis par les alliages d'aluminium et l'acier inoxydable, alliages à haute températureet alliages à haute entropie.
Alliage de titane L'alliage de titane est donc principalement utilisé pour fabriquer des pièces pressurisées pour les moteurs d'avion, puis des pièces structurelles pour les fusées, les missiles et les avions à grande vitesse. Les alliages de titane imprimés en 3D sont également utilisés dans le domaine biomédical, les endoprothèses en titane imprimées en 3D en raison de leur faible densité, de leur grande résistance et de leur légèreté. L'utilisation des alliages de titane dans les applications biomédicales est devenue assez mature et répandue.
L'acier inoxydable se caractérise par sa résistance chimique, sa résistance aux températures élevées et ses bonnes propriétés mécaniques. Il est souvent utilisé comme matériau d'impression 3D pour les bijoux, les composants fonctionnels et les petites sculptures en raison de sa bonne aptitude au formage des poudres, de la simplicité de son processus de préparation et de son faible coût.
Les alliages haute température sont largement utilisés dans l'aérospatiale et dans d'autres domaines en raison de leur grande solidité à haute température et de leur résistance à la corrosion. Les alliages à base de nickel les plus couramment utilisés pour l'impression 3D sont les suivants Inconel 625, Inconel 718et Inconel 939.
Les métaux précieux tels que les alliages de magnésium et d'aluminium, l'or et l'argent sont également plus largement utilisés dans l'impression 3D.
Matériaux polymères
Les polymères sont depuis longtemps un matériau populaire pour l'impression 3D, largement utilisés pour leur grande résistance, leurs performances et leur faible coût. Actuellement, les plus couramment utilisés sont l'ABS, le PA et la résine photosensible UV.
Matériaux céramiques
La poudre de céramique d'aluminosilicate est une catégorie de poudre de céramique destinée à l'impression 3D. Elle est imperméable à l'eau, résistante à la chaleur et recyclable, et est donc largement utilisée dans la vaisselle, les objets d'art et d'autres applications.
Matériaux composites
Les composites comprennent principalement les composites à matrice métallique et les composites à matrice non métallique. En raison de leur excellente résistance à la chaleur et aux produits chimiques, les pièces de forme complexe imprimées sur des matériaux polymères renforcés sont principalement utilisées dans l'aérospatiale et d'autres applications.
Il ne s'agit là que de quelques-uns des matériaux d'impression 3D les plus courants, mais il existe également une catégorie de matériaux d'impression 3D bioniques qui permettent l'impression d'échafaudages biologiques et l'impression de cellules.
Il est concevable qu'avec l'abondance croissante des matériaux d'impression 3D et le développement rapide de la technologie d'impression 3D. Les matériaux d'impression 3D seront utilisés dans un nombre croissant de domaines et évolueront vers de meilleures propriétés mécaniques, des performances de traitement plus élevées et une plus grande diversification.
Additional FAQs on 3D Printing Materials
1) What factors determine which 3D printing process to use for a material?
- Key drivers: melting/softening behavior, reactivity/oxidation, viscosity (for resins and pastes), required part properties, dimensional tolerances, and cost. For example, titanium fits laser powder bed fusion (LPBF) with inert gas, while ABS and PA suit FDM/SLS.
2) How do metal powder specifications impact print quality?
- Particle size distribution (typically D10–D90 ≈ 15–45 μm for LPBF), sphericity, low interstitials (O/N/H), and low contamination directly affect flowability, density, and mechanical properties. Reference: ISO/ASTM 52907 for feedstock.
3) Are biocompatible materials available for medical 3D printing?
- Yes. Titanium alloys (Ti‑6Al‑4V ELI), cobalt‑chromium, PEEK/PEKK, medical‑grade photopolymers, and bio‑inks (hydrogels with cells) are used for implants, guides, and tissue scaffolds, subject to ISO 10993 and FDA/CE pathways.
4) What’s the difference between thermoplastics used in FDM vs. SLS?
- FDM uses filament that melts and extrudes (e.g., PLA, ABS, PETG, PEI/ULTEM), while SLS fuses powder beds of PA12, PA11, TPU, and filled nylons. SLS typically yields better isotropy and complex geometries without supports.
5) Can composites be 3D printed to replace metals?
- In some cases. Carbon‑fiber or glass‑fiber reinforced PA/PEEK printed with continuous fibers can approach aluminum‑like stiffness/strength on a weight basis, suitable for jigs, fixtures, and some end‑use parts; temperature and impact limits still apply.
2025 Industry Trends in 3D Printing Materials
- Blue/green laser LPBF broadens copper/aluminum applications in e‑mobility and thermal management.
- Medical polymers mature: sterilizable high‑performance polymers (PEEK/PEKK, PPSU) gain validated print profiles and regulatory guidance.
- Sustainable materials: bio‑based nylons (PA11 from castor), recycled PETG/PA, and closed‑loop powder handling with material passports.
- Binder jetting scaling: steel and copper binder‑jet with refined sinter/HIP achieves 95–99% density for large, cost‑sensitive parts.
- High‑entropy and gradient alloys: research moves toward printable, compositionally graded metals for site‑specific properties.
| 2025 Metric (Material + Process) | Typical Range/Value | Why it matters | Source |
|---|---|---|---|
| LPBF powder PSD (most metals) | D10–D90 ≈ 15–45 μm | Stable recoating, low porosity | ISO/ASTM 52907 |
| Ti‑6Al‑4V ELI powder oxygen | ≤0.13 wt% | Fatigue/ductility in implants | ASTM F136/F3001 |
| SLS PA12 tensile strength | 45–55 MPa (XZ); 40–50 MPa (ZX) | Design allowables | OEM datasheets/ASM |
| FDM CF‑PA tensile modulus | 8–20 GPa (with continuous CF) | Metal replacement potential | Vendor tech notes |
| Binder‑jetted 17‑4PH density | 97–99% after sinter/HIP | Tooling/production parts | Vendor case studies |
| Copper LPBF conductivity | 80–95% IACS with green lasers | Thermal/electrical performance | Peer‑reviewed AM studies |
Authoritative references and further reading:
- ISO/ASTM 52907 (AM feedstock): https://www.iso.org
- ASTM F2924/F3001/F3055/F3184 (AM materials): https://www.astm.org
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
- FDA guidance on additive manufacturing of medical devices: https://www.fda.gov
Latest Research Cases
Case Study 1: Green‑Laser LPBF of Pure Copper Heat Sinks for Power Electronics (2025)
Background: An inverter manufacturer needed compact, high‑conductivity heat sinks; IR lasers struggled with Cu reflectivity.
Solution: Adopted 515 nm green‑laser LPBF with high‑sphericity gas‑atomized Cu powder (15–45 μm), inert chamber with O2 < 100 ppm, and scan strategies to reduce spatter.
Results: 90–95% IACS conductivity, porosity <0.2%, 14% lower junction temperature vs. machined baseline; 30% recycled powder blend maintained specs over 6 cycles.
Case Study 2: SLS PA11‑CF Ducts for eVTOL Environmental Control Systems (2024)
Background: Aerial mobility OEM sought lightweight, chemical‑resistant ECS ducts with complex routing.
Solution: Printed bio‑based PA11 with chopped carbon fiber on SLS; post‑processed with vapor smoothing and QA via CT sampling.
Results: 22% mass reduction vs. aluminum tubes, impact strength improved 18% over PA12 baseline, passed DO‑160 chemical exposure tests.
Expert Opinions
- Prof. John Hart, Professor of Mechanical Engineering, MIT
Key viewpoint: “Linking in‑situ build data with powder passports will set the norm for serial qualification across metals and polymers.” - Dr. Laura Schmidt, Head of Additive Manufacturing, Fraunhofer IAPT
Key viewpoint: “Green and blue lasers are transforming copper and aluminum from niche to production materials in LPBF.” - Dr. Dieter Schirmacher, Materials Scientist, Medical AM Consultant
Key viewpoint: “Validated print parameters and sterilization pathways for PEEK/PEKK are accelerating adoption in load‑bearing implants.”
Citations for expert profiles:
- MIT: https://meche.mit.edu
- Fraunhofer IAPT: https://www.iapt.fraunhofer.de
Practical Tools and Resources
- Standards and safety
- ISO/ASTM 52907; ASTM F2924/F3001/F3055/F3184; ISO 10993 (biocompatibility); NFPA 484 (combustible metals)
- Powder and filament QC
- LECO O/N/H analyzers: https://www.leco.com
- Laser diffraction PSD, SEM morphology, moisture analyzers
- Filament roundness/diameter gauges for FDM
- Design and simulation
- Ansys Additive, Simufact Additive, Autodesk Netfabb; nTopology for lattices and conformal cooling
- Market and datasets
- Senvol Database (machines/materials): https://senvol.com/database
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
Last updated: 2025-08-21
Changelog: Added 5 FAQs, a 2025 trends table with metrics and sources, two new case studies (copper LPBF and PA11‑CF SLS), expert viewpoints with citations, and practical tools/resources.
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM standards update, major OEMs publish new copper/aluminum LPBF datasets, or medical AM material guidance changes.
