Matériaux d'impression 3D : Qu'est-ce que le PEEK ?
Production et caractéristiques du PEEK
Le PEEK fait partie de la famille des PAEK (polyaryléthercétone), connue pour ses propriétés thermomécaniques élevées. Si l’on regarde la pyramide des différents polymères de l’industrie, le PEEK se situe au sommet de la pyramide, dans la catégorie des polymères hautes performances. Sa structure moléculaire est composée d'une cétone et de deux éthers, composés organiques de la famille des carbonyles, présentant une double liaison entre un atome de carbone et un atome d'oxygène. Il a été commercialisé pour la première fois à la fin des années 1970, et rapidement adopté par des secteurs comme l'aéronautique ou l'électronique en raison des performances qu'il peut offrir. Si l'on regarde sa structure, notons qu'il s'agit d'un polymère semi-cristallin, donc lorsqu'il fond, ses molécules s'agencent sous l'effet de la chaleur, créant un certain ordre jusqu'à ce que le matériau se solidifie complètement. Cela lui permet de conserver ses caractéristiques mécaniques lorsque la température augmente. Si cette structure semi-cristalline présente de nombreux avantages, il faut savoir qu’en fabrication additive, elle implique un processus d’impression plus complexe : c’est un matériau très technique qui nécessite de l’expérience et le système approprié.
Impression 3D avec PEEK
En impression 3D, le processus de cristallisation du PEEK doit être contrôlé car une partie du matériau va cristalliser, modifiant ainsi la densité du matériau. Par conséquent, des niveaux de température élevés – extrusion, plaque de construction et chambre – doivent être maintenus et les fluctuations de température doivent être évitées. Pour imprimer en 3D du PEEK, vous aurez donc besoin d'une imprimante 3D avec une extrudeuse pouvant atteindre 400°C, une chambre pouvant être chauffée à 120°C et un plateau de construction pouvant chauffer jusqu'à 230°C pour assurer une bonne libération de la pièce. à la fin et éviter la déformation. En termes de réaction chimique, le matériau change de densité lors de l’impression, puis se contracte en refroidissant.
Si le PEEK est un matériau exigeant, il faut aussi dire qu’il offre des caractéristiques mécaniques et chimiques très intéressantes pour différentes industries. En effet, il est très résistant à la chaleur et à l’usure, possède une haute résistance chimique, est stérilisable et possède des propriétés diélectriques. Le PEEK présente également un rapport résistance/poids élevé et est souvent utilisé pour remplacer certains métaux. Enfin, le PEEK est ignifuge ce qui en fait un matériau d'impression 3D intéressant pour des secteurs comme l'aéronautique qui ont des contraintes feu/fumée élevées. Si l’on devait le comparer à d’autres thermoplastiques hautes performances, le PEEK devance l’ULTEM en termes de résistance mécanique.
Applications
Ce matériau performant est particulièrement intéressant pour le secteur médical. Puisqu’il est stérilisable et biocompatible, il peut être utilisé pour de nombreuses applications, notamment la fabrication d’implants sur mesure. En fait, le PEEK possède des propriétés similaires à celles de l’os humain : un implant imprimé en 3D avec du PEEK pourrait donc favoriser la reconstruction des tissus autour de l’implant, accélérant ainsi l’ostéointégration. Ainsi, un certain nombre d’entreprises se sont tournées vers l’impression 3D du PEEK pour concevoir des dispositifs médicaux personnalisés.
L'aérospatiale et l'automobile sont également des marchés où l'impression 3D PEEK est courante. La fabrication additive permet de créer des pièces performantes, légères, sur mesure et à la demande : couplée à l’utilisation d’un matériau performant, elle est encore plus attractive. Le PEEK offrira une plus grande résistance à l’usure et à la température, tout en optimisant le poids – un facteur clé dans de tels domaines. Ses performances sont telles que des pièces en PEEK ont déjà été envoyées dans l'espace, preuve supplémentaire que ce matériau peut répondre aux besoins des secteurs les plus exigeants.
