WO2021032922A1 - Filament de pierre pour imprimante 3d, procédé de fabrication d'un tel filament et procédé de fabrication d'un objet à partir d'un tel filament - Google Patents

Filament de pierre pour imprimante 3d, procédé de fabrication d'un tel filament et procédé de fabrication d'un objet à partir d'un tel filament Download PDF

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WO2021032922A1
WO2021032922A1 PCT/FR2020/051467 FR2020051467W WO2021032922A1 WO 2021032922 A1 WO2021032922 A1 WO 2021032922A1 FR 2020051467 W FR2020051467 W FR 2020051467W WO 2021032922 A1 WO2021032922 A1 WO 2021032922A1
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filament
printer
weight
manufacturing
composition
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Sébastien CHANFREAU
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Minorga
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Definitions

  • the present invention belongs to the field of 3D printing. More particularly, the present invention relates to a filament for a 3D printer based on a mineral material, for example marble or limestone.
  • 3D (three-dimensional) printing corresponds to a process for manufacturing 3D objects by agglomeration of material.
  • 3D printing makes it possible to produce a real object from a descriptive file of this object (for example in STL format) which can be produced using a computer-aided design (CAD) tool.
  • the descriptive file obtained is processed by specific software which determines the cutting and sequencing of the various layers necessary for the realization of the object. Then, the 3D printer deposits the material layer by layer, according to the determined sequence, until obtaining the final object.
  • the material used is inserted into a charger of the 3D printer.
  • the material is generally packaged in the form of a filament which, in current 3D printers, has a section with a diameter of 1.75 millimeters (mm), 2.85 mm or 3 mm.
  • the filament inserted into the charger of the 3D printer is then heated and placed on a printing plate, also heated.
  • the deposition of the molten filament is accomplished by means of a printing nozzle which moves to deposit the material on the printing plate to form the desired object.
  • the filaments of material, used to power 3D printers, are nowadays essentially made of hot-melt synthetic polymer material.
  • the most hot-melt synthetic polymer materials used are polylactic acid (PLA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) or glycolized polyethylene terephthalate (PETg).
  • PLA polylactic acid
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PETg glycolized polyethylene terephthalate
  • Filaments for 3D printing can also be loaded to modify the rendering of the deposited material.
  • a drawback of current filaments lies in particular in the fact that they cannot always be recycled, or at least only in a limited proportion.
  • the present invention aims to remedy all or part of the limitations of the solutions of the prior art, in particular those set out above, by proposing a solution which makes it possible in particular to increase the proportion in which the filament (or the object produced by means of this filament) can be recycled.
  • a filament for a 3D printer comprising between 55% and 85% by weight of mineral material, and between 45% and 15% by weight of thermofusible synthetic polymer material.
  • the mineral material is predominant and represents between 55% and 85% by weight of the filament. Since the mineral material, for example marble or limestone, is infinitely recyclable, it follows that the filament (or the object made with this filament) is also recyclable in a high proportion which corresponds at least to the part of mineral material, greater than 55%.
  • the part by weight of the mineral material in the filament is greater than 65%, or even greater than 75%, in order to have a recyclable filament at least 65% or 75%, respectively.
  • the object obtained is easier to take off from the printing plate. It was also found that the object obtained is more stable and less subject to deformations or post-production retractions. Finally, the object obtained can be easily modified after manufacture, for example by deburring, polishing, coloring, odorizing, etc.
  • the filament for a 3D printer may further include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination.
  • the mineral material comprises particles of marble and / or limestone and / or sandstone and / or granite and / or talc.
  • the mineral material comprises particles with dimensions of between 100 and 400 microns.
  • the hot-melt synthetic polymeric material comprises ethylene vinyl acetate, EVA.
  • the EVA represents at least 50% of the hot-melt synthetic polymer material of the filament.
  • the hot-melt synthetic polymeric material comprises polylactic acid, PLA, and / or acrylonitrile butadiene styrene, ABS.
  • the filament has a cross section of diameter equal to 1.75 mm or 2.85 mm or 3.00 mm.
  • the combination of mineral material and thermofusible synthetic polymer material represents at least 90% by weight of said filament.
  • a method of manufacturing a filament for a 3D printer comprising:
  • composition comprising between 55% and 85% by weight of mineral material, and between 45% and 15% by weight of thermofusible synthetic polymer material,
  • the composition is heated until it reaches a controlled temperature of between 50 ° C and 70 ° C.
  • a method of manufacturing an object by means of a 3D printer comprising:
  • Figure 1 a schematic representation of a filament for a 3D printer.
  • Figure 2 a diagram illustrating the main steps of a process for manufacturing a filament for a 3D printer.
  • Figure 3 a diagram illustrating the main steps of a method of manufacturing an object using a 3D printer.
  • FIG. 1 schematically shows an example of a filament 10 suitable for use in a 3D printer.
  • the filament 10 is in the form of a long and thin element, of substantially circular section.
  • the inlet diameter of the chargers is generally 1.75 mm, 2.85 mm or 3 mm. Therefore, the diameter of the filament 10 is preferably 1.75mm, 2.85mm or 3mm. However, in other embodiments, it is possible to have a filament 10 with a diameter different from these values, especially in the event that other 3D printer charger inlet diameters are to be defined.
  • the filament 10 is preferably packaged in the form of a spool, adapted to be mounted on a 3D printer (not shown in the figures), from which the filament 10 can be gradually unwound as the material is deposited on the print bed (not shown in the figures).
  • the filament 10 comprises between 55% and 85% by weight of mineral material, and between 45% and 15% by weight of thermofusible synthetic polymer material.
  • the mineral material is predominant in the composition of filament 10, and represents between 55% and 85% by weight of said filament 10.
  • the mineral material of the filament 10 can consist of one or more types of mineral materials.
  • the mineral material of the filament 10 consists of one or more types of stones, preferably marble and / or limestone and / or sandstone and / or granite and / or talc, etc.
  • the hot-melt synthetic polymeric material of the filament 10 may consist of one or more types of hot-melt synthetic polymeric materials. It should be noted that, by “hot-melt material” is meant a thermoplastic material whose melting point is equal to or less than 400 ° C.
  • the hot-melt synthetic polymeric material of filament 10 includes at least one of the following hot-melt synthetic polymeric materials:
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PLA polylactic acid
  • PHA polyhydroxyalkanoates
  • ABS - acrylonitrile butadiene styrene
  • PETg polyethylene terephthalate
  • the filament 10 can be entirely constituted by the thermofusible synthetic polymer material and by the mineral material. According to other examples, the filament 10 can additionally include other components. Where appropriate, the assembly consisting of the mineral material and of the heat-fusible synthetic polymer material preferably represents at least 90% by weight of said filament 10, or even at least 95% by weight of said filament 10.
  • the hot-melt synthetic polymeric material of the filament 10 comprises at least EVA.
  • EVA the use of EVA makes it possible to facilitate the manufacture and use of the filament 10, in particular compared to the filaments of the prior art based on PLA, PP, 'ABS or PETg.
  • the thermofusible synthetic polymeric material of the filament 10 therefore comprises EVA and is devoid of PLA, PP, ABS and PETg.
  • the EVA represents at least 50% by weight of the hot-melt synthetic polymer material forming the filament 10, or even at least 60% or 70% by weight of the said hot-melt synthetic polymer material forming the filament 10.
  • the filament 10 comprises between 65% and 85% by weight of mineral material, and between 35% and 15% by weight of hot-melt synthetic polymeric material.
  • the filament 10 comprises between 75% and 85% by weight of mineral material, and between 25% and 15% by weight of hot-melt synthetic polymeric material.
  • the mineral material of the filament 10 comprises particles with dimensions of between 100 and 400 microns.
  • the mineral material corresponds to marble powder comprising particles with dimensions distributed between 0 ⁇ m and 350 ⁇ m, for example with a median dimension substantially equal to 170 ⁇ m.
  • a particle size has made it possible to obtain better results, in terms of the quality of the filament 10 formed (which proves to be more flexible, softer to the touch and more ductile), than for example when using powder.
  • the particles of the inorganic material of the filament 10 have a median dimension of between 150 ⁇ m and 250 ⁇ m. Further, the particles of the inorganic material of the filament 10 are preferably all smaller than 500 ⁇ m.
  • the hot-melt synthetic polymeric material is based on EVA and represents substantially 20% by weight of the filament 10, and the inorganic material corresponds to marble powder 0-350 ⁇ m and represents substantially 80% by weight of said filament 10.
  • the synthetic hot-melt polymer material based on EVA is for example a commercial universal glue. With such a composition, it was possible to obtain filaments of very good quality.
  • FIG. 2 schematically represents the main steps of a method 50 for manufacturing a filament 10 as described above.
  • the method 50 for manufacturing the filament 10 comprises in particular:
  • step 51 of obtaining a composition comprising between 55% and 85% by weight of mineral material, and between 45% and 15% by weight of thermofusible synthetic polymer material,
  • the heat-fusible synthetic polymeric material can be heated alone until it melts, for example at a temperature above 150 ° C (to be adapted conventionally depending on the type of hot-melt synthetic polymer material used). Then, the powder of mineral material is incorporated in the desired proportions, and the whole is mixed until a homogeneous mixture is obtained. The mixture is then allowed to cool, which is ground to obtain a coarse powder, the particles of which are for example of dimensions less than a few millimeters. This coarse powder can be used as a composition to form filament 10.
  • the composition is heated (step 52) in an extruder, until a temperature of the composition suitable for extrusion is obtained.
  • a temperature regulated between 50 ° C and 70 ° C is sufficient to perform the extrusion. Since it is possible to carry out the extrusion at fairly low temperatures (between 50 ° C and 70 ° C), the manufacture of filaments 10 can be carried out in a simple and inexpensive manner.
  • the steps 51 for obtaining the composition and 52 for heating the composition it is possible to simultaneously carry out the steps 51 for obtaining the composition and 52 for heating the composition. This is the case, for example, if, in the example described above, the homogeneous mixture obtained is directly extruded, without being cooled and ground beforehand.
  • the filament 10 is formed in a conventional manner at the outlet of the extrusion nozzle.
  • the extrusion nozzle has a diameter of 1.75mm, 2.85mm or 3mm.
  • Figure 3 shows schematically the main steps of a method 60 for manufacturing an object (not shown in the figures) by means of a 3D printer.
  • the object manufacturing process 60 comprises:
  • the filament 10 described above can be implemented in a conventional 3D printer to produce various objects.
  • the particular composition of the filament 10 used mainly based on mineral material, it may prove difficult to use a printing nozzle with a diameter of less than a millimeter. It is therefore advantageous and preferable to equip (step 61) the 3D printer with a printing nozzle with a diameter greater than 1.2 mm, or even greater than 1.4 mm. Such arrangements also make it possible to speed up the manufacture of the object.
  • the object thus obtained is easier to take off from the printing plate. It is also more stable and less subject to post-production deformation or shrinkage. Finally, the object obtained can be easily modified after manufacture, for example by deburring, polishing, coloring, odorizing, etc.

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Abstract

Un filament (10) pour imprimante 3D comportant entre 55% et 85% en poids de matériau minéral, voire entre 65% et 85%, et entre 45% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible. En outre, la présente divulgation concerne un procédé de fabrication d'un tel filament, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un objet au moyen d'une imprimante 3D et d'un tel filament.

Description

Description
Titre : Filament de pierre pour imprimante 3D, procédé de fabrication d’un tel filament et procédé de fabrication d’un objet à partir d’un tel filament
Domaine technique
[0001] La présente invention appartient au domaine de l’impression 3D. Plus particulièrement, la présente invention concerne un filament pour imprimante 3D à base de matériau minéral, par exemple du marbre ou du calcaire.
Technique antérieure
[0002] L'impression 3D (tridimensionnelle) correspond à un procédé de fabrication d’objets 3D par agglomération de matière. L'impression 3D permet de réaliser un objet réel à partir d’un fichier descriptif de cet objet (par exemple au format STL) qui peut être réalisé au moyen d’un outil de conception assistée par ordinateur (CAO). Le fichier descriptif obtenu est traité par un logiciel spécifique qui détermine le découpage et le séquencement des différentes couches nécessaires à la réalisation de l’objet. Ensuite, l'imprimante 3D dépose la matière couche par couche, selon la séquence déterminée, jusqu'à obtenir l’objet final.
[0003] Pour réaliser cette impression 3D, la matière utilisée est insérée dans un chargeur de l’imprimante 3D.
[0004] La matière est généralement conditionnée sous la forme d’un filament qui, dans les imprimantes 3D actuelles, présente une section de diamètre 1.75 millimètres (mm), 2.85 mm ou 3 mm.
[0005] Le filament inséré dans le chargeur de l’imprimante 3D est ensuite chauffé et déposé sur un plateau d’impression, également chauffé. Le dépôt du filament fondu s’effectue au moyen d’une buse d’impression qui se déplace pour déposer la matière sur le plateau d’impression afin de former l’objet souhaité.
[0006] Les filaments de matière, utilisés pour alimenter les imprimantes 3D, sont de nos jours essentiellement constitués de matériau polymère synthétique thermofusible. Les matériaux polymère synthétiques thermofusibles les plus utilisés sont l’acide polylactique (PLA), l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) ou encore le polyéthylène téréphtalate glycolisé (PETg). Le matériau polymère synthétique thermofusible le plus répandu est cependant le PLA, qui représente près de 75% du marché mondial.
[0007] Les filaments pour impression 3D peuvent également être chargés pour modifier le rendu de la matière déposée. Par exemple, il est possible de charger le matériau polymère synthétique thermofusible avec un matériau minéral, le matériau polymère synthétique étant cependant toujours majoritaire dans la composition du filament.
[0008] Un inconvénient des filaments actuels (et des objets réalisés avec ces filaments) réside notamment dans le fait qu’ils ne peuvent pas toujours être recyclés, ou du moins uniquement dans une proportion limitée.
[0009] En outre, avec les filaments actuels, un autre inconvénient réside dans le fait que l’objet obtenu est généralement difficile à décoller du plateau d’impression. De plus, les objets obtenus peuvent parfois se déformer avec les variations de température, voire se rétracter en refroidissant. Enfin, les objets obtenus ne peuvent généralement pas être aisément modifiés après fabrication.
Résumé
[0010] La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des limitations des solutions de l’art antérieur, notamment celles exposées ci-avant, en proposant une solution qui permette notamment d’augmenter la proportion dans laquelle le filament (ou l’objet réalisé au moyen de ce filament) peut être recyclé.
[0011] A cet effet, il proposé selon un premier aspect un filament pour imprimante 3D, comportant entre 55% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 45% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible.
[0012] Ainsi, dans un tel filament, et contrairement à ce qui est fait dans tous les filaments pour imprimante 3D de l’art antérieur, le matériau minéral est majoritaire et représente entre 55% et 85% en poids du filament. Le matériau minéral, par exemple du marbre ou du calcaire, étant recyclable à l’infini, il en découle que le filament (ou l’objet réalisé avec ce filament) est également recyclable dans une proportion élevée qui correspond au moins à la part de matériau minéral, supérieure à 55%.
[0013] De préférence, la part en poids du matériau minéral dans le filament est supérieure à 65%, voire supérieure à 75%, afin d’avoir un filament recyclable à hauteur d’au moins 65% ou 75%, respectivement.
[0014] En outre, avec une part élevée de matériau minéral dans le filament, il a été constaté que l’objet obtenu est plus simple à décoller du plateau d’impression. Il a également été constaté que l’objet obtenu est plus stable et moins sujet à des déformations ou rétractations post-réalisation. Enfin, l’objet obtenu peut être aisément modifié après fabrication, par exemple par ébavurage, polissage, colorisation, odorisation, etc.
[0015] Dans des modes particuliers de réalisation, le filament pour imprimante 3D peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
[0016] Dans des modes particuliers de réalisation, le matériau minéral comporte des particules de marbre et/ou de calcaire et/ou du grès et/ou du granité et/ou du talc.
[0017] Dans des modes particuliers de réalisation, le matériau minéral comporte des particules de dimensions comprises entre 100 et 400 microns.
[0018] Dans des modes particuliers de réalisation, le matériau polymère synthétique thermofusible comporte de l’éthylène acétate de vinyle, EVA.
[0019] Dans des modes particuliers de réalisation, l’EVA représente au moins 50% du matériau polymère synthétique thermofusible du filament.
[0020] Dans des modes particuliers de réalisation, le matériau polymère synthétique thermofusible comporte de l’acide polylactique, PLA, et/ou de l’acrylonitrile butadiène styrène, ABS.
[0021] Dans des modes particuliers de réalisation, le filament comporte une section de diamètre égal à 1.75 mm ou 2.85 mm ou 3.00 mm. [0022] Dans des modes particuliers de réalisation, l’ensemble matériau minéral et matériau polymère synthétique thermofusible représente au moins 90% en poids dudit filament.
[0023] Selon un deuxième aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’un filament pour imprimante 3D selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention, comportant :
- une obtention d’une composition comportant entre 55% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 45% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible,
- un chauffage de la composition,
- une extrusion de la composition chauffée à travers une buse d’extrusion.
[0024] Dans des modes préférés de mise en oeuvre du procédé de fabrication du filament, la composition est chauffée jusqu’à atteindre une température régulée comprise entre 50 °C et 70 °C.
[0025] Selon un troisième aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’un objet au moyen d’une imprimante 3D, comportant :
- un équipement de l’imprimante 3D avec une buse d’impression de diamètre supérieur à 1.2 mm,
- une alimentation de l’imprimante 3D avec un filament selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention,
- un dépôt par l’imprimante 3D, au moyen de la buse d’impression et sur un plateau d’impression de ladite imprimante 3D, de couches successives de filament fondu selon une séquence prédéterminée pour former l’objet.
Brève description des dessins
[0026] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
[0027] Figure 1 : une représentation schématique d’un filament pour imprimante 3D.
[0028] Figure 2 : un diagramme illustrant les principales étapes d’un procédé de fabrication d’un filament pour imprimante 3D. [0029] Figure 3 : un diagramme illustrant les principales étapes d’un procédé de fabrication d’un objet au moyen d’une imprimante 3D.
Description des modes de réalisation
[0030] La figure 1 représente schématiquement un exemple de filament 10 adapté à être utilisé dans une imprimante 3D. Comme son nom l’indique, le filament 10 se présente sous la forme d’un élément long et fin, de section sensiblement circulaire.
[0031] Dans les imprimantes 3D actuelles, le diamètre d’admission des chargeurs est généralement de 1.75 mm, 2.85 mm ou 3 mm. Par conséquent, le diamètre du filament 10 est de préférence de 1.75 mm, 2.85 mm ou 3 mm. Il cependant possible, dans d’autres modes de réalisation, d’avoir un filament 10 de diamètre différent de ces valeurs, notamment dans le cas où d’autres diamètres d’admission des chargeurs d’imprimantes 3D viendraient à être définis.
[0032] Tel qu’illustré par la figure 1 , le filament 10 est de préférence conditionné sous la forme d’une bobine, adaptée à être montée sur une imprimante 3D (non représentée sur les figures), à partir de laquelle le filament 10 peut être progressivement déroulé à mesure que la matière est déposée sur le plateau d’impression (non représenté sur les figures).
[0033] Avantageusement, le filament 10 comporte entre 55% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 45% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible. Ainsi, le matériau minéral est majoritaire dans la composition du filament 10, et représente entre 55% et 85% en poids dudit filament 10.
[0034] Il est à noter que le matériau minéral du filament 10 peut être constitué par un ou plusieurs types de matériaux minéraux. Par exemple, le matériau minéral du filament 10 est constitué par un ou plusieurs types de pierres, de préférence du marbre et/ou du calcaire et/ou du grès et/ou du granité et/ou du talc, etc. Notamment, il est possible d’utiliser des matériaux minéraux connus sous le terme commercial « granit ».
[0035] De manière analogue, le matériau polymère synthétique thermofusible du filament 10 peut être constitué par un ou plusieurs types de matériaux polymères synthétiques thermofusibles. Il est à noter que, par « matériau thermofusible », on entend un matériau thermoplastique dont la température de fusion est égale ou inférieure à 400 °C. Par exemple, le matériau polymère synthétique thermofusible du filament 10 comporte l’un au moins des matériaux polymères synthétiques thermofusibles suivants :
- éthylène acétate de vinyle (EVA),
- polypropylène (PP),
- acide polylactique (PLA) ou, de manière plus générale, un matériau polymère synthétique thermofusible de la famille des polyhydroxyalcanoates (PHA),
- acrylonitrile butadiène styrène (ABS),
- polyéthylène téréphtalate glycolisé (PETg),
- polycaprolactone,
- acide polylactique,
- acide polyglycolique, etc.
[0036] En outre, il est également à noter que le filament 10 peut être entièrement constitué par le matériau polymère synthétique thermofusible et par le matériau minéral. Suivant d’autres exemples, le filament 10 peut comporter en outre d’autres constituants. Le cas échéant, l’ensemble constitué par le matériau minéral et par le matériau polymère synthétique thermofusible représente de préférence au moins 90% en poids dudit filament 10, voire au moins 95% en poids dudit filament 10.
[0037] Dans des modes préférés de réalisation, le matériau polymère synthétique thermofusible du filament 10 comporte au moins de l’EVA. En effet, il a été constaté que l’utilisation de l’EVA permettait de faciliter la fabrication et la mise en oeuvre du filament 10, en particulier par rapport aux filaments de l’art antérieur basés sur du PLA, du PP, de l’ABS ou du PETg. Avantageusement, le matériau polymère synthétique thermofusible du filament 10 comporte donc de l’EVA et est dépourvu de PLA, de PP, d’ABS et de PETg. De préférence, l’EVA représente au moins 50% en poids du matériau polymère synthétique thermofusible formant le filament 10, voire au moins 60% ou 70% en poids dudit matériau polymère synthétique thermofusible formant le filament 10.
[0038] Dans des modes préférés de réalisation, le filament 10 comprend entre 65% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 35% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible. De préférence, le filament 10 comprend entre 75% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 25% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible. De telles dispositions permettent d’avoir un filament 10 fortement recyclable, de réaliser des objets plus stables et moins sujets aux déformations ou rétractations, de faciliter et de diversifier les différents post-traitements applicables sur les objets obtenus.
[0039] En outre, dans des modes préférés de réalisation, le matériau minéral du filament 10 comporte des particules de dimensions comprises entre 100 et 400 microns. Par exemple, le matériau minéral correspond à de la poudre de marbre comportant des particules de dimensions réparties entre 0 pm et 350 pm, par exemple de dimension médiane sensiblement égale à 170 pm. En effet, une telle granulométrie a permis d’obtenir de meilleurs résultats, en termes de qualité du filament 10 formé (qui s’avère plus souple, plus doux au toucher et plus ductile), que par exemple lors de l’utilisation de poudre de marbre consistant en des particules de dimensions toutes inférieures à 100 pm, par exemple de dimension médiane sensiblement égale à 12.8 pm. En d’autres termes, il est préférable de ne pas utiliser uniquement des particules trop fines (toutes de dimensions inférieures à 100 pm), et il est préférable d’utiliser du matériau minéral comportant également des particules de dimensions intermédiaires, par exemple comprises entre 100 pm et 400 pm. De préférence, les particules du matériau minéral du filament 10 sont de dimension médiane comprise entre 150 pm et 250 pm. En outre, les particules du matériau minéral du filament 10 sont de préférence toutes de dimensions inférieures à 500 pm.
[0040] Dans des modes préférés de réalisation, le matériau polymère synthétique thermofusible est à base d’EVA et représente sensiblement 20% en poids du filament 10, et le matériau minéral correspond à de la poudre de marbre 0-350 pm et représente sensiblement 80% en poids dudit filament 10. Le matériau polymère synthétique thermofusible à base d’EVA est par exemple une colle universelle du commerce. Avec une telle composition, il a été possible d’obtenir des filaments de très bonne qualité.
[0041] La figure 2 représente schématiquement les principales étapes d’un procédé 50 de fabrication d’un filament 10 tel que décrit précédemment. [0042] Tel qu’illustré par la figure 2, le procédé 50 de fabrication du filament 10 comporte notamment :
- une étape 51 d’obtention d’une composition comportant entre 55% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 45% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible,
- une étape 52 de chauffage de la composition,
- une étape 53 d’extrusion de la composition chauffée à travers une buse d’extrusion.
[0043] Par exemple, au cours de l’étape 51 d’obtention de la composition, on peut faire chauffer le matériau polymère synthétique thermofusible seul jusqu’à le faire fondre, par exemple à une température supérieure à 150°C (à adapter de manière conventionnelle en fonction du type de matériau polymère synthétique thermofusible utilisé). Ensuite, on incorpore la poudre de matériau minéral dans les proportions souhaitées, et on mélange le tout jusqu’à obtenir un mélange homogène. Ensuite, on laisse refroidir le mélange, qui est broyé pour obtenir une poudre grossière, dont les particules sont par exemple de dimensions inférieures à quelques millimètres. Cette poudre grossière peut être utilisée en tant que composition pour former le filament 10.
[0044] La composition est chauffée (étape 52) dans une extrudeuse, jusqu’à obtenir une température de la composition propice à l’extrusion. Dans le cas d’un matériau polymère synthétique thermofusible à base essentiellement d’EVA, une température régulée entre 50 °C et 70 °C est suffisante pour réaliser l’extrusion. Du fait qu’il est possible de réaliser l’extrusion avec des températures assez basses (entre 50°C et 70°C), la fabrication de filaments 10 peut être réalisée de manière simple et peu coûteuse.
[0045] Il est à noter que, suivant d’autres exemples de mise en oeuvre, il est possible d’exécuter simultanément les étapes 51 d’obtention de la composition et 52 de chauffage de la composition. C’est par exemple le cas si, dans l’exemple décrit précédemment, le mélange homogène obtenu est directement extrudé, sans être préalablement refroidi et broyé. [0046] Au cours de l’étape 53 d’extrusion, le filament 10 est formé de manière conventionnelle en sortie de la buse d’extrusion. Par exemple, la buse d’extrusion présente un diamètre de 1.75 mm, 2.85 mm ou 3 mm.
[0047] La figure 3 représente schématiquement les principales étapes d’un procédé 60 de fabrication d’un objet (non représente sur les figures) au moyen d’une imprimante 3D.
[0048] Tel qu’illustré par la figure 3, le procédé 60 de fabrication d’objet comporte :
- une étape 61 au cours de laquelle on équipe l’imprimante 3D avec une buse d’impression de diamètre supérieur à 1.2 mm,
- une étape 62 d’alimentation de l’imprimante 3D avec un filament 10, par exemple obtenu selon le procédé 50 de fabrication de filament 10 décrit ci-avant,
- une étape 63 de dépôt par l’imprimante 3D, au moyen de la buse d’impression et sur un plateau d’impression de ladite imprimante 3D, de couches successives de filament 10 fondu selon une séquence prédéterminée pour former l’objet.
[0049] Ainsi, le filament 10 décrit ci-avant peut être mis en oeuvre dans une imprimante 3D conventionnelle pour réaliser des objets variés. Toutefois, du fait de la composition particulière du filament 10 utilisé, majoritairement à base de matériau minéral, il peut s’avérer difficile d’utiliser une buse d’impression de diamètre inférieur au millimètre. Il est donc avantageux et préférable d’équiper (étape 61) l’imprimante 3D d’une buse d’impression de diamètre supérieur à 1.2 mm, voire supérieur à 1.4 mm. De telles dispositions permettent en outre d’accélérer la fabrication de l’objet.
[0050] Tel qu’indiqué précédemment, l’objet ainsi obtenu est plus simple à décoller du plateau d’impression. Il est également plus stable et moins sujet à des déformations ou rétractations post-réalisation. Enfin, l’objet obtenu peut être aisément modifié après fabrication, par exemple par ébavurage, polissage, colorisation, odorisation, etc.
[0051] De manière plus générale, il est à noter que les modes de mise en oeuvre et de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d’exemples non limitatifs, et que d’autres variantes sont par conséquent envisageables.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Filament (10) pour imprimante 3D, comportant entre 55% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 45% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible, caractérisé en ce que le matériau minéral comporte des particules de dimensions comprises entre 100 et 400 microns.
[Revendication 2] Filament (10) selon la revendication 1, dans lequel les particules du matériau minéral du filament (10) sont de dimension médiane comprise entre 150 microns et 250 microns.
[Revendication 3] Filament (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau minéral comporte des particules de marbre et/ou de calcaire et/ou du grès et/ou du granité et/ou du talc.
[Revendication 4] Filament (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau polymère synthétique thermofusible comporte de l’éthylène acétate de vinyle, EVA.
[Revendication 5] Filament (10) selon la revendication 4, dans lequel l’EVA représente au moins 50% en poids du matériau polymère synthétique thermofusible du filament.
[Revendication 6] Filament (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant une section de diamètre égal à 1.75 mm ou 2.85 mm ou 3.00 mm.
[Revendication 7] Filament (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant entre 65% et 85% en poids de matériau minéral.
[Revendication 8] Procédé (50) de fabrication d’un filament (10) pour imprimante 3D selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comportant :
- une obtention (51) d’une composition comportant entre 55% et 85% en poids de matériau minéral, et entre 45% et 15% en poids de matériau polymère synthétique thermofusible, le matériau minéral comportant des particules de dimensions comprises entre 100 et 400 microns,
- un chauffage (52) de la composition,
- une extrusion (53) de la composition chauffée à travers une buse d’extrusion.
[Revendication 9] Procédé (50) selon la revendication 8, dans lequel la composition est chauffée jusqu’à atteindre une température régulée comprise entre 50 °C et 70 °C.
[Revendication 10] Procédé (60) de fabrication d’un objet au moyen d’une imprimante 3D, comportant :
- un équipement (61) de l’imprimante 3D avec une buse d’impression de diamètre supérieur à 1.2 mm,
- une alimentation (62) de l’imprimante 3D avec un filament (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, - un dépôt (63) par l’imprimante 3D, au moyen de la buse d’impression et sur un plateau d’impression de ladite imprimante 3D, de couches successives de filament (10) fondu selon une séquence prédéterminée pour former l’objet.
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