Matériaux sûrs ESD pour l’impression 3D

Les propriétés mécaniques des matériaux thermoplastiques imprimés en 3D ont été assez bien explorées à ce stade. Bien sûr, il y a toujours place à l’amélioration… progressivement, au fil du temps, les chercheurs créeront de nouveaux mélanges de polymères ou de nouveaux plastiques chargés, et il y aura des gains progressifs de résistance.

À terme, les matériaux polymères techniques seront comparables à certains métaux en termes de poids et de résistance. Tout bon.

Mais les polymères imprimés en 3D ne se résument pas à une simple résistance spécifique.

Plusieurs entreprises ont joué avec les propriétés électriques des charges d’alimentation, depuis un certain temps, avec l’intention de les rendre conductrices et dissipatrices d’électricité statique.

Dans cet article, nous examinerons les dissipateurs d’électricité statique, ou soi-disant Matériaux sûrs ESD.

L’ESD, ou décharge électrostatique, est la décharge d’électricité entre un objet chargé statiquement (comme votre main) et un autre objet de potentiel différent, comme une poignée de porte en métal.

Vous savez ce qui se passe ensuite: vous touchez la poignée de porte, vous obtenez un choc.

Si cela se produit tous les jours pendant un an dans une salle de classe, cela peut laisser une peur pavlovienne des poignées de porte en métal (en parlant d’expérience).

Les êtres humains peuvent commencer à ressentir des ESD sur la peau à environ 2000-3000 volts. Évidemment, le courant est négligeable, sinon il vous tuerait.

Cependant, les petits composants électroniques tels que les transistors sur un circuit intégré peuvent être complètement détruits par les décharges électrostatiques avec des tensions inférieures à seulement 10 volts d’électricité statique.

Sans parler des arcs provoqués lorsqu’un objet chargé statiquement essaie de se mettre à la terre à travers un entrefer. Vous ne voulez pas vraiment que ces étincelles volent pendant que vous remplissez votre réservoir d’essence.

Ces deux raisons et bien d’autres expliquent pourquoi les concepteurs de produits et les ingénieurs ont besoin de plastiques antistatiques. Ils protègent les composants électroniques sensibles aux décharges électrostatiques pendant la fabrication et empêchent les stations-service d’exploser.

En termes de matériaux sûrs ESD, ils peuvent être divisés en deux groupes principaux.

Ceux-ci sont conducteur, et antistatique matériaux.

Les conducteurs ont une faible résistance électrique et peuvent transférer la charge électrique via le matériau en vrac ou sur la surface. Dans les applications ESD, ils sont utilisés dans les bracelets ESD que vous portez au poignet et que vous connectez à la terre. Ils sont également utilisés sur les plaques sur lesquelles vous vous tenez lorsque vous entrez dans une zone contrôlée ESD, comme dans une usine d’électronique.

Matériaux conducteurs ou matériaux dissipatifs statiques

Les matériaux conducteurs ont une très faible résistance électrique, ce qui permet aux électrons de circuler facilement sur leur surface ou à travers la majeure partie du matériau. La charge circule rapidement d’un conducteur à l’autre.

Avec les matériaux dissipateurs d’électricité statique, la charge s’écoule plus lentement. Lorsqu’un arc se produit, il le fait à une vitesse plus lente et avec une énergie plus faible lorsqu’il tente d’atteindre le sol.

Les plastiques sont des isolants. Ils tiennent la charge et ont une résistance électrique élevée. Pour avoir un chemin vers la terre, des charges conductrices doivent être ajoutées au matériau afin d’être dissipatives.

Pour être classé comme matériau sans danger contre les décharges électrostatiques, la résistance de surface de ce matériau doit se situer dans la plage de 105 Ω et 1011 Ω. S’il est inférieur à cette plage, il est conducteur. Si c’est plus, c’est un isolant.

Voici quelques matériaux différents conçus pour les applications ESD couvrant les principales méthodes d’impression plastique.

Matériaux extrudés

Si le dépôt de filament est votre truc, vous avez de nombreuses options pour les filaments antistatiques.

La plupart d’entre eux modifient la résistance de surface en ajoutant une certaine forme de carbone.

Les matériaux antistatiques sont disponibles dans une grande variété de saveurs de polymères, notamment le nylon haute température, le TPU et le polycarbonate. Ultimaker a un excellent aperçu des matériaux sûrs ESD qui sont également testés sur leurs machines, ici.

Matériaux frittés

Les charges d’alimentation en plastique fritté respectueuses des ESD sont moins nombreuses que leurs homologues en filament extrudé. Mais ils sont toujours disponibles dans le commerce pour quiconque possède une machine SLS capable d’imprimer des plastiques.

L’entreprise de plastique Igus a par exemple un matériau fritté appelé iglidur I8-ESD. Il a une résistance élevée à l’abrasion et est dissipateur électrostatique. Selon le site Web, il est compatible avec la plupart des machines SLS.

Photopolymères

Il semble y avoir une pénurie distincte d’options en matière de résines photopolymères sans danger pour les décharges électrostatiques pour une raison quelconque. Même Carbon n’a rien répertorié.

Il existe une société nommée 3DResyns qui fait la promotion d’une variété de résines conductrices, et elle déclare sur le site Web qu’en ajoutant diverses particules conductrices et semi-conductrices à leur mélange, elles peuvent fabriquer sur mesure des résines photopolymères ESD sûres selon vos besoins.

De plus, il existe une société nommée Fortify qui fabrique une imprimante hybride DLP / composite, qui dispose de quelques options concernant les matériaux sûrs ESD.

Leur processus d’impression implique un dépôt par couches normal, comme dans un processus d’impression photopolymère typique, mais avec l’ajout d’un réservoir de mélange qui injecte les additifs dans la résine de base. Ils appellent ce processus Fabrication numérique composite.

fortifier le mélange cinétique continu

De plus, le système a quelque chose appelé «Fluxprint», qui utilise des aimants pour aligner les particules dans la résine pendant qu’elle durcit. Cela améliore apparemment la résistance des pièces.

Fait intéressant, le site Fortify indique que les additifs fonctionnels doivent être uniformément répartis pour obtenir des propriétés de matériau cohérentes. Leur procédé dit de mélange cinétique continu résout ce problème en mélangeant constamment de la résine et des additifs, ce qui réduit la sédimentation des particules d’additifs.

Hormis ces deux sociétés, aucun autre fabricant de résine n’a été trouvé vendant des résines ESD.

Pourquoi est-ce?

Nous concluons que cela peut être dû à deux raisons.

Premièrement, cela peut simplement être comme Fortify l’a déclaré. Peut-être que les résines et les additifs doivent être constamment mélangés pour imprimer correctement, d’où la raison pour laquelle personne ne le fait.

Ou, nous pouvons simplement avoir le terme de recherche erroné sur Google.

Si quelqu’un connaît la réponse à la question de savoir pourquoi il existe si peu de résines photopolymères sûres ESD disponibles, faites-le nous savoir dans les commentaires.

Et entre-temps, si vous avez besoin de quelque chose d’imprimé qui soit sans danger contre les décharges électrostatiques, vous aurez beaucoup plus de chance avec les imprimantes par extrusion de filament ou les plastiques de fusion en poudre.

Dans le prochain article, nous examinerons les options de matières premières conductrices. Ce sont les matériaux avec une résistance de surface inférieure à 105 Ω.

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