Le PEKK en impression 3D : un matériau hautes performances pour l’Industrie

Le polyéthercétone cétone, plus connu sous son acronyme PEKK, est un thermoplastique semi-cristallin de plus en plus utilisé sur le marché de la fabrication additive. Souvent comparé au PEEK, le matériau appartient à la même famille, celle du PAEK, réputée pour ses propriétés mécaniques et chimiques. Plus facile à imprimer que le PEEK, notamment grâce à son taux de cristallisation plus faible, le PEKK se retrouve principalement sous la forme d’un filament compatible avec les machines à haute température. Il peut également être trouvé sous forme de poudre pour un nombre très limité d’imprimantes SLS.

Il a été développé et commercialisé pour la première fois en 1988 par Dupont, pour le secteur aéronautique. Puis, au début des années 2000, sa composition a été encore améliorée par la société Oxford Performance Materials, et a ensuite été rachetée par Arkema en 2009. Ce guide se demande comment et pourquoi le PEKK est utilisé aujourd’hui, quels fabricants proposent le matériau. Vous saurez tout sur ce thermoplastique !  

La position des liaisons cétones peut être modifiée (crédits photo : Arkema)

Production et caractéristiques du PEKK

Comme nous l’avons déjà dit, le PEKK est lié au PEEK en raison de sa similitude dans les composants et le nom. Les deux matériaux contiennent de la cétone et de l’éther. La principale distinction entre ces deux polymères hautes performances commence par le rapport éther/cétone : le PEKK possède une quantité plus élevée de liaisons cétones, qui sont plus flexibles que les liaisons éther. Ceci, en particulier, augmente la résistance des chaînes polymères, ce qui se traduit par des températures de fusion et de transition vitreuse plus élevées (la température à laquelle le polymère commence à se ramollir). Il est important de mentionner que le rapport éther/cétone n’est pas la seule différence entre ces matériaux. En effet, la localisation des liaisons cétoniques sur le cycle aromatique peut varier, ce qui permet d’ajuster la température de fusion et la vitesse de cristallisation.

En termes techniques, le PEKK a un degré de cristallinité plus faible, ce qui signifie qu’il peut être considéré comme un polymère amorphe. De plus, le matériau a une excellente résistance à l’usure et aux influences chimiques. Cela se manifeste, entre autres, par le fait que seuls quelques liquides, tels que le benzène ou les alcools, peuvent attaquer le PEKK. Le thermoplastique possède également d’excellentes propriétés de rigidité diélectrique et d’isolation, ce qui est un grand avantage dans le secteur de l’électronique. De plus, le PEKK n’est pas inflammable et n’émet pas de fumées toxiques.

Un support de porte d’avion imprimé en 3D avec du PEKK (crédits photo : miniFactory)

Le PEKK en impression 3D

Comparé au PEEK, le PEKK est un matériau beaucoup plus facile à imprimer. En effet, le PEKK est moins affecté par les effets de refroidissement et a donc une meilleure adhérence au plateau d’impression, évitant ainsi les effets de déformation. De plus, le thermoplastique offre un aspect visuel de meilleure qualité et de meilleures propriétés d’usure et de frottement. En termes de propriétés d’impression, le PEKK a une température d’extrusion comprise entre 340°C et 360°C et nécessite également un plateau et une chambre de pression fermée chauffés. Enfin, les exigences sont les mêmes que pour le PEEK, sauf que la température de l’extrudeur est légèrement inférieure.

Les secteurs d’application du PEKK 

En termes de secteurs d’application, le PEKK est très populaire dans les industries aérospatiale et automobile, mais aussi dans l’industrie pétrolière et gazière en raison de sa résistance à la pression et aux températures élevées. Il possède un rapport poids/résistance élevé, ce qui en fait une solution idéale pour la fabrication de pièces stratégiques dans l’industrie aéronautique, qui cherche constamment à réduire le poids de ses composants. Le matériau du groupe des polymères PAEK est également utilisé pour les pièces moulées hautes performances, telles que les roues dentées, les hélices ou dans les pompes et systèmes haute pression. À son tour, en médecine, les avantages du PEKK sont mis à profit et les dispositifs médicaux et implants adaptés au patient sont fabriqués avec ce thermoplastique. Le matériau est également souvent utilisé comme substitut du métal en raison de sa grande résistance. 

Les principaux fabricants et prix du matériau

Actuellement, le plus grand producteur de PEKK dans le domaine de la fabrication additive est la société chimique française Arkema. Le fabricant propose Kepstan® PEKK comme filament pour l’impression 3D FDM/FFF.  Le groupe allemand Lehvoss a également développé des filaments LUVOCOM 3F PEKK, qui incluent des options chargées en fibre de carbone et en fibre de verre. Certains fabricants de matériaux d’impression 3D proposent également le filament haute performance. Parmi eux, la société française KIMYA avec ses PEKK-A et PEKK Carbon, mais aussi les sociétés Nanovia, 3DXTech et 3D4Makers. Concernant le prix, le prix d’une bobine de 500 grammes oscille entre  400-500 €. Ainsi, les filaments renforcés de fibres de carbone sont plus susceptibles d’être dans une fourchette de prix supérieure. En ce qui concerne la variante poudre du matériau, EOS avec son EOS P 810 est actuellement le seul fabricant d’imprimantes SLS qui prend en charge le matériau. 

Le filament PEKK-A du fabricant Kimya (Crédits : Kimya)

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*Crédits photo de couverture : 3DGence