La semaine dernière, nous avons examiné les matériaux sans danger pour l’ESD pour l’impression 3D. Ce sont des matériaux qui sont sûrs contre les décharges électrostatiques et sont principalement utilisés dans la fabrication de produits électroniques.

Dans cet article, nous examinerons les composites polymères à faible résistivité de surface, en d’autres termes, les matières premières d’impression 3D électriquement conductrices.

Les matériaux conducteurs ont une résistivité de surface inférieure à 1 x 10 5 Ω/ sq. Ceci est comparé aux matériaux dissivatifs (ESD) qui se situent dans la plage de 1 x 10 5 Ω/ m² à 1 x10 11 / m²

Les conducteurs permettent à l’électricité de circuler et ont donc de nombreuses utilisations potentielles, allant des circuits imprimés en 3D, de la technologie portable et peut-être même un jour, des substrats conducteurs pour la galvanoplastie.

Voici quelques options pour vous, selon le type de processus de fabrication additive que vous utilisez.

Matériaux extrudés

Depuis un certain temps, les filaments sont disponibles sous forme conductrice. Semblable aux matériaux ESD, la conductivité a généralement tendance à être manipulée par l’ajout d’une certaine forme de carbone à la matière première lors de la fabrication du filament.

Il existe de nombreuses petites entreprises proposant ces filaments conducteurs, mais étrangement, nous ne voyons pas grand-chose des grandes entreprises.

Les fans de thermoplastiques plus résistants tels que l’ABS, le TPU et le PC seront ravis de savoir qu’il existe de nombreuses options pour les variantes conductrices de ce polymère. Une recherche sur Google du terme « filament X conducteur » (avec « X » étant votre thermoplastique de choix) donnera un choix assez vaste.

Matériaux frittés

Toute personne ayant accès à une machine SLS sera ravie d’apprendre qu’il existe des options disponibles (et en cours de développement) pour ceux qui aiment le frittage.

Des recherches sont actuellement en cours sur l’ajout de charges métalliques telles que le cuivre et l’aluminium également.

Il existe une variété de méthodes impliquées dans la fabrication de matériaux SLS électriquement conducteurs. Beaucoup impliquent le mélange de carbone dans la matière première, tandis que d’autres se concentrent sur le revêtement des particules réelles avec une charge conductrice, comme vous pouvez le voir dans l’image ci-dessous.

particules de poudre de nanotubes de carbone
Le graphique ci-dessus montre l’ajout de nanotubes de carbone à la surface des particules de poudre. Crédit image : Materials & Design Journal

De nombreuses recherches se concentrent sur la forme et la taille des particules additives (par exemple sphériques par rapport aux flocons), afin de déterminer les paramètres optimaux pour une liaison réussie et une conductivité électrique accrue.

Photopolymères

Semblable aux matériaux ESD de la semaine dernière, la sélection de résines conductrices est plus petite que les matières premières d’extrusion et de frittage. La semaine dernière, nous avons souligné que le mélange de particules de carbone dans une résine peut entraîner une sédimentation du contenu, ce qui peut nécessiter un mélange constant juste avant l’impression.

C’est une explication possible du petit choix de ces résines disponibles.

Bien qu’il n’y ait pas beaucoup d’options pour les matériaux conducteurs d’impression SLA/DLP disponibles dans le commerce, les résines conductrices font l’objet de recherches par diverses universités à travers le monde. .

Cette équipe de l’Université de Yeungnam, en Corée du Sud, par exemple, a fabriqué une solution de résine polyacrylate avec des additifs de nanofibre de polyaniline et de graphène, pour une meilleure conductivité.

Une autre équipe, du Georgia Institute of Technology et de l’Université de Xi’an Jiotong, a mélangé des nanotubes de carbone multi-parois (MWCT) avec des résines et a démontré qu’ils présentent une conductivité. En fait, ces résines de recherche se sont avérées très utiles, ayant démontré leur utilité pour les composites à mémoire de forme activés électriquement.

Polymères à mémoire de forme activés électriquement
Polymères à mémoire de forme activés électriquement. Crédit image : Institut de technologie de Géorgie

Dernières pensées

Donc, ce sont essentiellement vos options en ce qui concerne les matériaux polymères conducteurs. La plupart des produits impliquent l’ajout d’une certaine forme de carbone (généralement du graphène) pour modifier la résistivité de surface, mais nous voyons des chercheurs ajouter des métaux dans les matières premières SLS pour améliorer la conductivité.

Bien sûr, si vous voulez quelque chose de vraiment conducteur, vous feriez mieux de vous en tenir à des matériaux métalliques. Les plastiques sont excellents pour l’isolation, et pas si mauvais pour la protection ESD, mais pour la conductivité, ils ne sont pas si bons.

Il convient de rappeler que si un polymère conducteur peut être 10^10 fois plus conducteur qu’un filament non conducteur, il est toujours 10^10 fois MOINS conducteur que le cuivre.

Gardez donc cela à l’esprit lors de l’achat d’un matériau polymère conducteur, et en cas de doute… lisez toujours la fiche technique.

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