Support de porte d’avion imprimé avec Kepstan® PEKK par miniFactor
Expertise

Impression 3D : pourquoi choisir le PEKK, polymère ultra haute performance

Plus précise, plus efficace et toujours plus rapide, l’impression 3D est en passe de changer la donne dans l’industrie, y compris dans les domaines les plus exigeants tels que l’aéronautique ou l’automobile. Parce qu’ils influent directement sur les performances des pièces imprimées, les matériaux sont au cœur cette « révolution ». Les PAEK, polymères ultra hautes performances peuvent à la fois répondre aux besoins des marchés les plus exigeants tout en étant imprimables. PEEK et PEKK sont les deux plus en vue. Focus sur ces polymères de l’extrême et leur utilisation pour l’impression 3D.

Les atouts du PEEK

Le PEEK (Poly-éther-éther-cétone) figure dans le haut du classement des polymères les plus innovants. Avec leurs cousins les PAEK (poly-aryl-éther-cétones, dont le PEKK), il est réputé pour ses performances hors du commun, même à haute température, sa faible inflammabilité et sa résistance aux produits chimiques. Il se démarque également par sa robustesse, sa rigidité ainsi que par sa résistance aux forces mécaniques et à l’usure. C’est pourquoi son utilisation est privilégiée dans des industries très exigeantes comme l’aéronautique ou l’automobile. Le PEEK est adapté aux applications d’extrusion et de moulage par injection.

Les PEEK restent difficiles à utiliser

Roderick Reber, ingénieur chez Arkema

Le PEEK est probablement le PAEK le plus largement répandu. Il s’agit d’un matériau semi-cristallin à cinétique de cristallisation très rapide, ce qui le rend parfaitement adapté à de nombreuses méthodes de fabrication conventionnelles. Comme la plupart des matériaux semi-cristallins, il subit une modification dimensionnelle importante lors de la cristallisation (rétrécissement). Dans les procédés de fabrication classiques, ce rétrécissement peut être facilement compensé mais dans les procédés de fabrication additive, il peut mener à une déformation de la pièce et à l’échec de l’impression. De plus, ces domaines cristallins formés rapidement sont presque totalement résistants à la diffusion ultérieure des chaînes polymères et à leur interpénétration, ce qui réduit significativement l’adhésion entre les couches. Pour surmonter ces obstacles, de nombreux fabricants d’imprimantes 3D ont pris des mesures extrêmes pour obtenir une qualité de pièce acceptable et assurer la fiabilité de l’impression. Ces exigences liées au procédé limitent la taille globale et les propriétés mécaniques réelles des pièces imprimées en PEEK.

Qu’est-ce que le PEKK ?

Arkema a développé une gamme entière de PEKK (poly-éther-cétone-cétone) aux propriétés complémentaires, le PEKK Kepstan®, combinant les excellentes propriétés des PAEK tout en offrant plus de souplesse dans le choix des procédés de fabrication additive ou traditionnels.

 

Le PEKK et le PEEK ont une structure très similaire mais deux différences majeures les distinguent :

  1.  Les PEKK comprennent un groupe cétone supplémentaire remplaçant un groupe éther dans leur squelette. Ce groupe cétone constitue une liaison plus rigide que la liaison éther, augmentant la température de transition vitreuse du matériel. (La température à laquelle le polymère commence à se ramollir.)
  2. L’une de ces liaisons cétone peut être en position para (droite) ou méta (tordue).

Cette flexibilité permet d’adapter le PEKK aux besoins de l’utilisateur et donc à différentes applications, tout en offrant une meilleure fiabilité d’impression. Moins d’échecs d’impression et plus de facilité à trouver les bons paramètres d’impression permettent aux industriels d’optimiser leur temps et leur coût de production.

Diffusion ou de la cristallisation entre couches de PEKK

Outre cette flexibilité, le PEKK offre aux utilisateurs d’autres avantages par rapport au PEEK :

  • Une meilleure résistance à haute température en raison d’une température de transition vitreuse (Tg) plus élevée
  • Une résistance accrue à la compression
  • Une étanchéité améliorée
  • Une plus grande résistance à la friction et à l’usure

 

 

Le polymère PEKK Kepstan® peut être fabriqué sur mesure pour répondre à des besoins spécifiques, grâce au contrôle de leur masse moléculaire ou à l’ajout d’additifs sélectionnés avec soin, tels que les fibres de verre, les fibres de carbone ou les nanotubes de carbone. Léger, robuste et résistant à presque tous les produits chimiques, il peut être utilisé pour remplacer les pièces en métal dans les environnements extrêmes où il est nécessaire de diminuer le poids des matériaux. Les propriétés uniques du PEKK font de lui le polymère haute performance idéal pour les procédés FFF et LS.

 

Ces avantages signifient en outre que le PEKK peut être utilisé pour l’impression 3D de pièces dans les applications industrielles les plus exigeantes, alors que le PEEK est réservé à des méthodes de fabrication plus conventionnelles. La robustesse et la résistance du PEKK le rendent adapté aux environnements extrêmement chaud et où la pression est élevée, comme les moteurs. Par ailleurs, son faible taux de dégazage en fait le matériau idéal dans les satellites et les sous-marins somme en atteste son utilisation à bord du véhicule spatial commercial.

Tourné vers l’avenir

Pièces imprimées en 3D en PEKK® Kepstan. Photo par AON3D

Le PEKK offre plus de souplesse que les autres polymères PAEK. Le potentiel du PEKK dans l’impression 3D de pièces industrielles très exigeantes est colossal. Alors que l’impression 3D évolue rapidement du simple prototypage vers des utilisations industrielles, le PEKK va offrir des possibilités de fabrication innombrables.

 

Afin d'accélérer l’utilisation du PEKK pour des applications spécifiques, Arkema a développé des partenariats avec le fabricant d’imprimantes miniFactory et le fabricant de filaments Kimya. Ensemble, ils ont développé une chaîne d’approvisionnement fiable et un processus contrôlé utilisant des filaments en PEKK permettant de créer des pièces adaptées aux applications industrielles les plus exigeantes. Le PEKK est l’un des polymères les plus solides et les plus rigides qu’il est possible d’utiliser pour l’impression FFF, y compris dans la direction « Z ».

 

Pour résumé, il apparait clairement que pour la fabrication de pièces extrêmement sollicitées, le PEKK offre de meilleures propriétés physiques et mécaniques que ses concurrents. D’autre part, et encore plus important, le PEKK offre de la flexibilité à ses utilisateurs en leur permettant de choisir la méthode de fabrication la plus adaptée à leurs cahiers des charges et actifs industriels.

 
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