Le PVA en impression 3D : les caractéristiques du filament soluble

Le PVA, ou alcool polyvinylique, est un matériau largement utilisé dans l’industrie de l’impression 3D en raison de sa capacité à se dissoudre dans l’eau. En particulier, il est utilisé pour la création de supports d’impression lors de l’utilisation de machines à double extrudeur FDM. Cela offre aux utilisateurs une plus grande liberté de conception pour les pièces aux géométries complexes, sans affecter la qualité d’impression. Plus la conception comporte de détails et de pièces en porte-à-faux, plus la pièce nécessitera de supports pour être fabriquée. Ce guide vous aidera à mieux comprendre les propriétés de ce matériau, ainsi que son rôle dans l’impression 3D pour obtenir les meilleurs résultats dans chaque processus de fabrication.

Production et caractéristiques du PVA

Sur le plan technique, le PVA fait partie de la famille des polymères synthétiques, avec la particularité d’être biodégradable. Il est créé en polymérisant de l’acétate de vinyle, qui est ensuite hydrolysé pour obtenir le matériau sous forme de filament pour l’impression 3D. Il a un aspect transparent à blanc cassé et est très résistant à l’huile et à la graisse. En plus d’avoir de très bonnes propriétés adhésives similaires à d’autres thermoplastiques comme le PLA, le CPE ou le nylon, ce matériau a une résistance à la traction et une flexibilité élevées. Il est également inodore, non toxique et, comme mentionné, biodégradable, ce qui le rend sans danger pour les humains, les animaux et l’environnement.

Le PVA est un matériau soluble utilisé comme support d’impression (crédits photo : Ultimaker)

Plus précisément, il a un allongement à la traction de 360 ​​% et une résistance à la traction de 22 MPa. Selon l’humidité, le PVA peut également devenir très flexible et élastique, car l’eau est comme un plastifiant pour le thermoplastique. Le matériau, qui est en fait cassant, fragile et résistant à la traction, devient de plus en plus élastique lorsque l’humidité de l’air ou de l’eau s’ajoute ; alors, il se dissout complètement dans l’eau. Sinon, il a un aspect variant entre transparent et crème. Il est facile à traiter en impression 3D car, entre autres, il est non toxique et en fait inodore, bien qu’une légère odeur puisse être produite lors de l’impression. Cependant, pour une utilisation en fabrication additive, il est important de noter le point de fusion de 230°C et surtout la température de dégénérescence de 200°C. A cette température, le PVA commence à se carboniser, ce qui peut produire des points noirs sur l’objet imprimé.

Le PVA en impression 3D

Parmi ses principaux avantages figure, comme mentionné, sa capacité à se dissoudre. Il n’a besoin que d’eau pour éliminer le matériau de support, c’est-à-dire qu’il ne nécessite pas de solvants avec des composants plus complexes. De plus, il ne nécessite aucun matériel supplémentaire. Cependant, il convient également de mentionner certains des inconvénients du PVA, bien qu’ils soient généralement applicables à d’autres matériaux solubles. L’un d’eux est la grande sensibilité à l’humidité, qui peut affecter directement le matériau. Pour que ses propriétés ne soient pas altérées, il faudra le conserver dans des zones où l’air est fortement contrôlé. Le PVA est également plus susceptible de générer un colmatage si la buse est laissée chaude lorsqu’elle n’est pas utilisée. A cela s’ajoute le fait que de nombreux utilisateurs le considèrent comme un filament cher pour ce que c’est. De plus, pour obtenir de bons résultats de substrat, le PVA nécessite de préchauffer le plateau d’impression entre 45 et 60 ºC et d’amener l’extrudeur à une température comprise entre 180 et 200 ºC. De plus, comme mentionné, le stockage est essentiel. Le filament PVA doit toujours être conservé dans un endroit frais et à l’abri de la lumière et de la poussière. La température optimale de stockage est de 15-25°C, à l’abri du soleil. Si le matériau a déjà absorbé de l’humidité, il est nécessaire de le sécher pendant environ 8 à 12 heures à 50-80°C avant d’imprimer avec. Il est également préférable d’imprimer avec des matériaux ayant des températures de fusion similaires, comme le PLA ou le PA.

Un autre point important à considérer lorsque l’on travaille avec ce matériau est la configuration des extrudeurs. Refroidir le hotend PVA lorsqu’il est inactif empêchera le suintement et le colmatage mentionnés ci-dessus. De plus, il est recommandé de régler la distance de dégagement du support supérieur sur 0 couche pour une finition de surface plus optimale. Étant donné que les supports vont se dissoudre, peu importe s’ils adhèrent à la pièce finale pendant le processus de fabrication. Les résultats les plus agréables et les objets lisses sont obtenus lorsque le matériau est frais et a été constamment stocké au sec. Dès que le PVA a absorbé trop d’humidité, cela se manifeste déjà lors de l’impression par des bruits de sifflement et sur l’objet final par des gondolages, des cordages, des trous, des bulles et une sous-extrusion.

En post-traitement, les structures de support PVA se dissolvent simplement dans l’eau (crédits photo : MatterHackers)

Contrairement au stockage du PVA, le post-traitement est extrêmement simple. Placez simplement l’objet imprimé dans un bain-marie et attendez 1 à 2 heures que le matériau de support se dissolve. L’eau doit être à la température du bain et peut ensuite être jetée dans le drain, car le PVA est biodégradable, comme mentionné ci-dessus.

Les applications avec le PVA

En tant que matériau soluble, le PVA est idéal comme complément dans la fabrication de pièces aux géométries complexes, ainsi que de cavités internes, de modèles conceptuels et de moules. Les supports imprimés en 3D offrent une meilleure qualité de surface et permettent également d’orienter la pièce pour optimiser ses propriétés mécaniques. Les montages imprimés en 3D offrent une meilleure qualité de surface et permettent également d’aligner la pièce fabriquée de manière additive pour optimiser ses propriétés mécaniques.

De plus, en permettant l’impression 3D de tous types de pièces, quelle que soit la complexité du design, le PVA est un matériau également largement utilisé dans le monde de l’art pour créer des modèles décoratifs. Cependant, ce n’est pas le seul secteur qui profite de ce filament. Même les industries les plus avancées qui travaillent avec la technologie FDM pour créer des outillages ou des prototypes intègrent également de plus en plus les matériaux solubles pour créer des supports.

Les principaux fabricants et les prix

Le filament PVA est disponible sur le marché dans des épaisseurs standard de 1,75 et 2,85 mm. Lors de l’achat, assurez-vous que l’épaisseur correspond au diamètre respectif du hotend sur votre propre imprimante 3D. En règle générale, vous pouvez obtenir des bobines de filament de 500 grammes de matériau à un prix compris entre 30 et 130 dollars (bien que les prix moyens aient tendance à s’établir à plus de 50 dollars). Cependant, les prix varient selon le fabricant. Les entreprises qui proposent des filaments PVA incluent Ultimaker, eSun, Formfutura, XYZprinting, BCN3D, PrimaCreator, MatterHackers, Polymaker, Makerbot et bien d’autres.

Le PVA étant de loin plus cher que le PLA, vous pouvez utiliser une simple pointe d’impression. De nombreux slicers, tels que Slic3r Prusa Edition, offrent la possibilité d’imprimer la pièce directement sous l’objet d’impression (« couche d’interface ») en PVA, mais le reste de la structure de support avec le PLA moins cher. De cette façon, le matériau et donc les coûts peuvent être économisés. Si vous souhaitez en savoir plus sur les autres filaments d’impression 3D, vous pouvez consulter notre guide ICI .

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*Crédits photo de couverture : Zortrax