Jadis perçue comme futuriste, l’impression 3D est aujourd’hui un outil omniprésent dans divers secteurs, allant de la médecine à l’aérospatiale. Cette évolution est en partie due à l’utilisation de filaments composites à base de bois.
Ces filaments combinent la précision de la fabrication additive avec l’esthétique naturelle et la promesse de durabilité du bois. L’impression 3D bois ouvre ainsi une voie novatrice pour créer des objets à la fois uniques et respectueux de l’environnement.
L’objectif est de présenter une vision globale et accessible de cette technique fascinante, et mettre en lumière les opportunités qu’elle offre aux créateurs, aux designers et aux entreprises.
Qu’est-ce qu’un filament composite à base de bois ?
Avant d’examiner les applications et les atouts, il est important de bien cerner ce qu’est un filament composite à base de bois. Il s’agit d’un matériau pour impression 3D constitué d’une matrice polymère thermoplastique au sein de laquelle sont incorporées des fibres de bois. Cette association permet de concevoir des objets qui évoquent le bois tout en préservant la facilité d’utilisation et la modularité de l’impression 3D. La formulation précise du filament et le taux de fibres de bois peuvent varier, ce qui influe sur l’apparence, la texture et les propriétés mécaniques de l’objet façonné.
Composition des filaments bois
- Matrice polymère : Le polymère le plus employé est le PLA (acide polylactique), un bioplastique biodégradable dérivé d’amidon de maïs ou de canne à sucre. D’autres polymères comme l’ABS (acrylonitrile butadiène styrène) ou le PETG (polyéthylène téréphtalate glycolisé) peuvent également être employés, mais ils ne sont pas biodégradables. L’ABS offre une meilleure tenue à la chaleur, supportant des températures jusqu’à 85°C, alors que le PLA commence à se déformer aux environs de 55°C.
- Fibres de bois : Les fibres de bois employées peuvent provenir de diverses sources, comme la sciure de bois, les fibres recyclées ou des fibres spécifiquement cultivées. Les essences les plus répandues incluent le pin, le bouleau, le bambou, le cerisier, l’ébène, et le coco, chacune offrant une esthétique et une texture distinctes. La taille et la forme des fibres de bois influent également sur le rendu de l’impression.
- Additifs : Des additifs peuvent être ajoutés pour améliorer la fluidité du filament, faciliter l’impression ou modifier l’aspect visuel (couleur, éclat).
Taux de bois
Le taux de bois dans le filament composite est un élément déterminant qui impacte de manière notable les propriétés de l’objet imprimé. Généralement, ce taux oscille entre 10 % et 40 %. Plus le taux de bois est élevé, plus l’objet évoquera le bois en termes d’apparence et de toucher. Toutefois, un taux trop élevé peut rendre le filament plus fragile et plus difficile à imprimer. Un filament contenant 25% de fibres de bois est en général plus simple à imprimer qu’un filament à 40%, tout en procurant un rendu esthétique intéressant.
Techniques d’impression 3D compatibles avec les filaments bois
L’impression 3D bois est surtout effectuée à l’aide de la technologie FDM/FFF (Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication), qui consiste à extruder un filament de matériau fondu à travers une buse pour déposer des couches successives et réaliser un objet tridimensionnel. D’autres techniques existent, notamment la stéréolithographie (SLA) qui utilise une résine photosensible ou le frittage sélectif par laser (SLS) qui utilise des poudres. Bien que ces techniques soient moins courantes pour l’impression 3D bois en raison des particularités des filaments composites.
FDM/FFF : la technique privilégiée
La méthode FDM/FFF est la plus courante pour l’impression 3D bois du fait de sa simplicité, de son prix abordable et de sa compatibilité avec divers matériaux, y compris les filaments composites. Pour réussir l’impression de filament bois en FDM, certains réglages sont indispensables :
- Buse : L’utilisation d’une buse en acier trempé est fortement conseillée, car les fibres de bois peuvent être abrasives et user rapidement les buses en laiton. Une buse de 0.4 mm est un bon point de départ, mais une buse de 0.5 mm ou plus est préférable pour éviter les obstructions, en particulier avec les filaments à fort taux de fibres de bois.
- Température d’extrusion : La température d’extrusion doit être paramétrée en fonction du type de filament et du polymère employé. En général, une température comprise entre 190°C et 220°C est recommandée pour les filaments PLA/bois.
- Plateau chauffant : Un plateau chauffant est indispensable pour garantir une bonne adhérence de la première couche et limiter le warping. Une température de plateau comprise entre 50°C et 60°C est suffisante pour les filaments PLA/bois.
Atouts et défauts de l’impression 3D bois
Comme toute technique, l’impression 3D bois possède des atouts et des défauts qu’il importe de connaître avant de se lancer. L’aptitude à reproduire l’aspect du bois, combinée à la souplesse de conception qu’offre l’impression 3D, ouvre des voies créatives originales. Il est toutefois crucial de prendre en compte les limites en termes de résistance et de gestion des paramètres d’impression.
Les atouts du bois imprimé
- Esthétique : L’aspect chaleureux et naturel du bois est un atout majeur. Les objets imprimés peuvent être poncés, teintés ou vernis pour obtenir une finition personnalisée.
- Facilité de post-traitement : Le bois imprimé peut être aisément travaillé avec des outils pour le bois, permettant des finitions complexes.
- Toucher : Le toucher du bois imprimé est agréable et procure une sensation naturelle.
- Biodégradabilité (selon le polymère) : L’emploi de PLA comme matrice polymère confère au filament une biodégradabilité, ce qui en fait un choix plus écologique que les polymères classiques.
Les limites à considérer
- Fragilité : Les objets imprimés en bois sont souvent moins robustes que ceux imprimés avec des polymères.
- Sensibilité à l’humidité : Le bois est sensible à l’humidité et peut se déformer en conditions humides. Un taux d’humidité ambiant supérieur à 60% peut poser des problèmes d’impression.
- Difficulté d’impression : L’impression 3D bois est délicate et nécessite des réglages précis.
- Usure de la buse : Les fibres de bois peuvent user la buse, ce qui exige un entretien régulier ou l’emploi de buses en acier trempé.
Paramètres d’impression : maîtriser l’art du bois imprimé
L’impression 3D bois demande une attention particulière aux paramètres pour un résultat optimal. Chaque filament peut réagir différemment selon sa composition et son taux de bois. Il est donc important de tester et d’ajuster les paramètres. Une température d’extrusion adéquate, une vitesse d’impression adaptée et une bonne adhérence au plateau sont des éléments clés.
Réglages clés pour le succès
- Température d’extrusion : En général, une température entre 190°C et 220°C est recommandée pour les filaments PLA/bois. Il est cependant important de consulter les recommandations du fabricant.
- Température du plateau chauffant : Une température de plateau entre 50°C et 60°C est suffisante pour assurer une bonne adhérence.
- Vitesse d’impression : Une vitesse plus lente (par exemple, 30-40 mm/s) peut aider à éviter les obstructions et à améliorer le rendu de surface.
- Hauteur de couche : Une hauteur de couche de 0.2 mm est un bon point de départ, mais des hauteurs plus faibles peuvent être employées pour des détails plus fins.
Il est aussi important de préciser que la régularité de l’alimentation du filament est un facteur déterminant. Une alimentation irrégulière peut entraìn