La fabrication additive, plus couramment connue sous le nom d'impression 3D, s'est fortement développée ces dernières années. Cette technologie offre des avantages en matière d'efficacité, de personnalisation et de rapidité, mais peut aussi contribuer à un développement durable. L'adoption de cette technologie peut répondre aux préoccupations croissantes concernant les déchets plastiques et les conséquences environnementales de la production. Dans cet article, nous explorerons les options de matériaux pour cette technologie respectueuse de la planète.

Comprendre l'empreinte environnementale de l'impression 3D

L'impression 3D est-elle réellement durable ? En matière de technologie d'impression, la plupart des matériaux utilisés jusqu'à présent ne sont pas biodégradables. Par exemple, l'ABS, l'un des matériaux d'impression 3D les plus courants, est dérivé du pétrole. Néanmoins, pour obtenir une plus grande durabilité, divers fabricants de matériaux d'impression proposent désormais des solutions de matériaux verts, qui comprennent des matériaux à base de plantes, des matériaux biodégradables, des matériaux recyclés, des matériaux qui intègrent des déchets d'autres industries et des matériaux avec de nouvelles formulations.

Matériaux d'impression 3D recyclés : une deuxième vie pour les polymères

L'adoption d'une économie circulaire où les matériaux sont réutilisés et recyclés est une approche clé pour améliorer la durabilité de l'impression 3D. Les matériaux issus d'autres industries peuvent être convertis en filament d'impression 3D, ou bien les matériaux issus des échecs d'impression, des structures de support ou simplement des anciennes pièces imprimées en 3D qui ne sont plus utiles peuvent être réutilisés.

Matériaux d'impression 3D recyclés : une deuxième vie pour les polymères

La révolution de l'impression 3D s'accompagne d'une conscience croissante de la nécessité d'une production plus écologique. L'utilisation de matériaux recyclés pour l'impression 3D promet une gestion plus efficace des plastiques et de leurs recyclage, en leur offrant une nouvelle utilité. Plusieurs matériaux sortent du lot dans ce domaine.

RPET

Le RPET (Polyéthylène Téréphtalate Recyclé) est un matériau remarquable. Originaire de déchets plastiques comme les bouteilles en plastique, il permet de minimiser l'effet environnemental lié à la production de plastique vierge. Par ailleurs, son emploi contribue à une économie circulaire en donnant une seconde vie à nos déchets. Non toxique, versatile et stable, le RPET affiche une excellente résistance mécanique, thermique et chimique, rendant son utilisation idéale pour l'impression de prototypes, d'accessoires et de grandes pièces.

R-PLA

Le PLA recyclé est une autre solution écologique. Issu des surplus de production de filament et des dépôts d'impression, ce matériau réduit sensiblement l'impact environnemental. Facile à imprimer, il combine les avantages d'une économie circulaire avec les bénéfices d'une production plus verte. Ses propriétés font de lui le choix privilégié pour l'impression d'accessoires et de prototypes.

PNEU RECYCLÉ - TPE

L'impression 3D a aussi trouvé une solution innovante pour le recyclage des pneus usagés. En transformant ces derniers en filament de type TPE (Élastomère Thermoplastique), l'industrie de l'impression 3D contribue à la réduction des déchets en caoutchouc. Ce filament recyclé présente une excellente adhérence entre les couches, une forte résistance à l'abrasion et une grande flexibilité. Ainsi, il trouve une utilité particulière dans l'impression de pièces nécessitant une certaine souplesse, comme les amortisseurs de vibrations, les pièces pour robots ou encore les roues de véhicules radiocommandés.

TPU RECYCLÉ

Le TPU recyclé, produit à partir de déchets de l'industrie de la chaussure et de la fabrication de filaments TPU, incarne une autre facette de la durabilité dans l'impression 3D. En recyclant ces pertes, on obtient un filament qui conserve les bonnes propriétés mécaniques et la bonne résistance aux solvants des autres filaments TPU. Son utilisation s'étend principalement à la production de coques pour appareils électroniques, de protections pour drones et de pneus pour robots et véhicules radiocommandés.

HIPS RECYCLÉ

Enfin, le HIPS recyclé (Polystyrène à Haute Impact) s'avère être une option intéressante. Fabriqué à partir de produits mis au rebut comme les cadres de fenêtres et les feuilles thermoformées, il contribue activement à la réduction des déchets. Ce matériau se distingue par sa haute résistance aux chocs et son imperméabilité. Il est idéal pour l'impression d'emballages et de boîtiers pour l'électronique. De plus, il peut aussi servir de structure de support pour les pièces imprimées avec d'autres matériaux.

Matériaux d'impression 3D biodégradables : vers un futur plus vert

Au-delà des matériaux recyclés, l'adoption de matériaux biodégradables ou issus de bio-ressources illustre une autre avancée significative vers une impression 3D plus durable. Au sein de ces matériaux éco-responsables, le PLA et l'ABS biodégradable se distinguent.

Le PLA (Acide Polylactique)

Le PLA, ou Acide Polylactique, provient de ressources naturelles renouvelables comme le maïs, le manioc, la betterave à sucre ou encore la canne à sucre. Ce polymère biodégradable offre une excellente alternative aux plastiques pétro-sourcés. Sa décomposition peut se faire sous des conditions de compostage industriel, assurant ainsi une moindre empreinte environnementale.

Lorsqu'il est utilisé dans les imprimantes 3D, l'acide polylactique offre un processus d'impression relativement facile et stable. Sa température d'extrusion varie entre 190 et 230 degrés Celsius, et son faible taux de retrait permet une excellente adhérence sur le plateau d'impression. En termes de prix, le PLA se situe dans la fourchette basse du marché, rendant ce matériau attractif pour les utilisateurs d'impression 3D. Son coût moyen est d'environ 20 à 30 euros le kilogramme.

En matière de durabilité, le PLA est-il plus respectueux de l'environnement que l'ABS ? Au regard de leurs origines, le PLA, issu de ressources renouvelables et biodégradables, se révèle en effet plus vertueux que l'ABS traditionnel. L'acide polylactique trouve de nombreuses applications écologiques, notamment dans le domaine de l'emballage alimentaire compostable où sa biodégradabilité est un atout majeur. De plus, son maniement en agriculture, comme film de paillage biodégradable, aide à réduire les détritus plastiques dans les sols. Enfin, ce matériau est couramment utilisé dans l'impression 3D pour la fabrication d'objets du quotidien, réduisant ainsi la dépendance aux plastiques non biodégradables.

L'ABS biodégradable

L'acrylonitrile butadiène styrène biodégradable, de son côté, conjugue les propriétés avantageuses de l'ABS, comme une haute résistance aux chocs, une grande rigidité, une excellente résistance à l'abrasion et une résistance chimique solide, tout en étant biodégradable. Cette caractéristique lui confère une dimension écologique appréciable, le rendant consommable par certaines bactéries lors de son élimination.

Au niveau du déroulement de l'impression, l'ABS biodégradable nécessite une température d'extrusion plus élevée que le PLA, souvent entre 220 et 250 degrés Celsius. Cela peut nécessiter l'utilisation d'une imprimante 3D équipée d'un plateau chauffant pour assurer une bonne adhérence et prévenir la déformation des pièces. En termes de coût, il est légèrement plus cher que l'acide polylactique, avec un prix moyen oscillant entre 30 et 50 euros le kilogramme.

L'acrylonitrile butadiène styrène biodégradable, avec sa forte résistance, est particulièrement utile pour des applications nécessitant une robustesse accrue. Il est souvent utilisé pour la fabrication de jouets, d'équipements de sport et d'outils de jardin biodégradables. De plus, l'acrylonitrile butadiène styrène biodégradable est également employé dans l'impression 3D pour des pièces mécaniques ou des prototypes qui allient résistance et respect de la planète.

Projets Durables en Impression 3D avec Matériaux Écologiques

Maisons imprimées en 3D

L'un des exemples les plus impressionnants d'application durable de l'impression 3D est la construction de maisons. L'entreprise néerlandaise Aectual, par exemple, utilise une imprimante 3D géante pour fabriquer des maisons avec un béton bio à base de résidus végétaux. Ce processus permet de réduire considérablement la quantité de déchets de construction et d'accélérer le temps de construction. 

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Voitures imprimées en matériaux respectueux de l'environnement

L'entreprise Local Motors, basée aux États-Unis, est à la pointe de la conception de véhicules imprimés en 3D. Leur voiture, nommée "Strati", est fabriquée à partir d'un mélange d'ABS et de fibre de carbone, ce qui réduit considérablement l'empreinte carbone par rapport aux voitures traditionnelles. De plus, le processus d'impression en 3D permet de produire la voiture avec beaucoup moins de pièces, réduisant ainsi les déchets.

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Prothèses médicales imprimées en 3D

En plus des maisons et des voitures, l'impression 3D fait également des vagues positives dans le secteur médical. Un exemple marquant est celui de Open Bionics, une entreprise britannique qui a révolutionné le domaine des prothèses. Ils conçoivent des prothèses de bras imprimées en 3D à partir de PLA, un polymère biodégradable et renouvelable. Ces prothèses sont non seulement plus accessibles financièrement, mais elles offrent également des avantages environnementaux significatifs. En utilisant de l'acide polylactique, l'empreinte écologique de la production de prothèses est réduite, car ce matériau est dérivé de ressources renouvelables et est biodégradable, ce qui minimise les déchets médicaux.

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Réduire l'impact environnemental avec les filaments chargés et les biocomposites

L'impression 3D ouvre une nouvelle fenêtre pour recycler la matière dans de nouveaux objets. Pour être encore plus durable, une matrice de PLA chargée de différents matériaux recyclés est utilisée. Souvent, les déchets utilisés sont, comme le PLA, d'origine biologique et biodégradable, obtenant un matériau final qui est entièrement biodégradable et bio-sourcé.

Filament de Bois-PLA

Il existe de nombreux fabricants de bio-composites à base de PLA et de fibres de bois. Ces composites peuvent contenir jusqu'à 40% de fibres de bois. La finition des pièces imprimées avec ce matériau a une surface mate et texturée due à la teneur en bois, et conserve également l'odeur caractéristique du bois. Le PLA de bois peut être obtenu dans différentes couleurs en fonction des fibres qu'il contient, y compris l'aulne, le bouleau, le cèdre, la noix de coco, le pin, le saule, etc. Après l'impression, il peut être post-traité et poncé tout comme le bois.

PLA chargé en chanvre

Ce filament a une base de PLA qui sert de liant pour les particules de chanvre. L'affectation du chanvre à un niveau industriel est très intéressante d'un point de vue de durabilité, car les cultures de chanvre poussent plus densément comparé au maïs et à d'autres plantes, et les cultures à usage industriel ne nécessitent pas l'application d'herbicides ou de pesticides, ce qui réduit la pollution et l'impact sur l'environnement. Il a une couleur brune qui n'est pas due à des colorants synthétiques mais à sa composition naturelle. Le liant de chanvre est visible dans le matériau sous la forme de particules de couleur plus foncée.

PLA Algue (3D Printlife - Algix)

Ce filament a une base de PLA qui est combinée avec des algues nuisibles à l'environnement. La croissance nuisible des algues devient de plus en plus fréquente et pose un énorme problème, car la prolifération des algues peut priver les écosystèmes aquatiques d'oxygène, réduisant la biodiversité et le nombre de poissons. Ces filaments d'algues contiennent généralement environ 20% d'algues.

Dans ce contexte de durabilité, des marques comme Mango ont créé une collection de bijoux produits en impression 3D utilisant 90% de matériaux durables. La collection est inspirée de l'artisanat méditerranéen. Les matériaux utilisés sont des matrices polymères bio-sourcées et biodégradables remplies de matériaux tels que le bouleau, la terracotta, le bois et la céramique. Les pièces de la collection varient de 40 à 50 euros.

L'ère de l'impression 3D éco-responsable est bel et bien arrivée. Le développement de matériaux recyclés, biodégradables, et issus de bio-ressources représente un grand pas en avant pour l'industrie technologique et pour la planète. Ces avancées sont une réponse tangible aux défis environnementaux que nous devons relever, offrant une possibilité de production plus verte et de réduction des déchets. Avec des applications allant de la construction de maisons à la création d'automobiles, cette technologie respectueuse de la planète a le potentiel de transformer de nombreux secteurs de notre société.