Le PLA et le PET, les géants omniprésents de l’impression 3D

août 18, 2022 Publié par Nanovia

Anciennement monopolisé par l’ABS, le marché de l’impression 3D grand public se tourne majoritairement aujourd’hui vers deux polymères : le PLA et PET.

On compare souvent ses deux polymères à l’ABS, mais ils sont rarement comparés entre eux. Même si ils ont un grand nombre de similarités, de grandes différences sont notables.

Où trouve-t-on ces polymères ?

Le PET (Polytéréphtalate d’éthylène), grâce à ses propriétés mécaniques, thermiques et visuelles, est omniprésent dans notre vie. On le retrouve notamment dans la création de bouteilles plastiques à usage unique et d’emballages.

Le PLA (Polymère d’acide lactique) est produit à grande échelle depuis les années 90. A l’origine, plus discret, il est utilisé dans le secteur médical pour des sutures biodégradables. On le retrouve de plus en plus intégré dans des emballages alimentaires.

Des origines différentes

Une des grandes différences entre le PLA et le PET est leur origine.

Le PET est un polymère issu de l’industrie pétrochimique. Pour produire 1 kg de PET, il faut consommer 83MJ/kg d’énergie pour transformer environ 1,9 kg de pétrole brut.

Le PLA, quant à lui, est biosourcé. Il est fabriqué à partir d’amidon, soit de maïs (principalement américain) ou soit de canne à sucre (principalement asiatique).

Pour produire 1 kg de PLA, il faut 1,62 kg de grain de maïs. Cela se traduit par l’emploi d’environ 1,34 M² de plantation / kg de PLA.

Etant donné que l’industrie du PLA est récente, il n’y a pas pour le moment d’usines de transformation européennes. Cependant, Total Corbion à prévu de développer un site en France pour 2024.

Des tarifs comparables

Les tarifs moyens généralement constatés en début 2021 pour 1kg de filament pour fabrication additive FFF sont les suivants:

• PET : 31.12 €/kg HT (moyenne sur 36 références)
• PLA : 35,20 €/kg HT (moyenne sur 92 références)

Nous constatons que le PLA et le PET sont commercialisés à des tarifs relativement comparables (Le tarif du PLA est en moyenne supérieur de 12% à celui du PET).

Biodégrabilité et recyclage

PLA est un thermoplastique biodégradable. Il est important de préciser que cette biodégradabilité correspond à la norme EN 13432. Cette dernière se base sur un compostage industriel où le milieu de biodégradation est plus chaud et plus humide que dans un composteur individuel.

Une pièce en PLA ne se dégradera pas de manière importante lors de son utilisation en conditions normales et température ambiante, même en situation de compostage “traditionnel”. Des développement pour améliorer la biodégradabilité du PLA sont en cours.

Cependant, pour une application en impression 3D, il est important que la durée de vie des pièces reste toutefois assez longue. Le développement de ce PLA à la biodégradabilité améliorée est surtout destiné à la fabrication d’emballages.

Des filaments pour impression 3D possédant une biodégradabilité plus élevée existent, comme par exemple, notre filament Istroflex.

Il est important de noter qu’il existe différents grades de matériaux et de composites dérivés à base de PET et de PLA, notamment pour les applications dans l’impression 3D FFF.

Le comportement rhéologique et les propriétés mécaniques varient d’un grade à l’autre. La fabrication de nouveaux filaments à partir de grades différents ou de matériaux composites nécessite des développements particuliers pour chaque formule.

Les flux de PET grande échelle sont relativement standardisés, et même qu’il y a des différences, le processus d’injection le tolère.

Le PLA par contre n’est pas standardisé, et notamment avec l’ajout des colorants et des plastifiants (qui modifient la dureté) le recyclage est compliqué.

Le PET et le PET-glycolisé

En impression 3D, on retrouve deux types de PET : le grade standard et son dérivé glycolisé. Selon les usages, l’un est plus adapté que l’autre.

Le PET est plus flexible que le PETg et légèrement plus résistant (+/- 15%). En revange, le PETg peut être utilisé à des températures supérieures de 10°C et est un peu moins dense.

Nous travaillons essentiellement avec le PETG que nous renforçons en fibres de carbone. De même nous offrons aussi un PLA renforcé en fibres de lin.

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Propriétés mécaniques

Selon nos derniers tests de traction, le PLA et PET(g) ont une résistance ultime (contrainte maximale) relativement similaire de +/- 40-45 MPa.

Le PET est cependant moins rigide avec un module de Young de 2050 MPa comparé au module mesuré de 3400 du PLA. On retrouve cette flexibilité dans l’élongation à la rupture, qui pour le PET et de +/- 30 %, comparé au PLA qui n’est que de 3%.

Ce manque de flexibilité du PLA est similaire à l’ABS, qui lui à une résistance ultime inférieure au PLA mais une résistance aux températures double.

Dans l’industrie de l’orthopédique et en milieu hospitalier, les surfaces d’appui sont rarement produites avec ces matériaux car elles cassent de manière instantanée, contrairement au PET qui plis avant de céder.

Températures et lieux d’utilisation

Le PLA est caractérisé par sa basse température de transition vitreuse (le point d’affaiblissement mécanique) de l’ordre de 50 °C, contrairement au PETg qui possède une Tg de 80 °C. Pour une utilisation intérieure, on atteindra rarement ce seuil, à l’exception d’équipements de cuisine.  

Le PLA n’est donc pas adapté à des usages extérieurs (rayonnements solaires, intempéries…) contrairement au PETg qui supporte des températures plus élevées et se dégrade moins sous UV.

Toxicité

Ni le PLA ni le PET ne dégagent des particules en quantités suffisantes pour être nocif pour l’être humain lors de l’impression 3D.

À l’origine, les PLA et PET sont certifiés alimentaire, il faut cependant faire attention à certains colorants et additifs qui peuvent comporter des perturbateurs endocriniens.

Il est démontré, par exemple dans le cas d’emballages, que le PET peut contaminer la nourriture, notamment en cas de chaleur importante.

Facilité d’impression

Le PLA a détrôné l’ABS pour sa facilité d’impression.

Le PLA et PET ne nécessitent pas d’enceinte chauffée et leurs températures d’impression sont relativement basses :

• PLA : 180-220 °C
• PET : 220-250 °C

Le PET adhère très bien aux plateaux d’impression chauffés, tandis que certains PLA peuvent nécessiter un léger agent adhésif supplémentaire.

Les deux matériaux sont relativement résistants aux changements de températures ambiantes et ne se déforment pas.

Aspect Visuel

Un dernier point à aborder est l’aspect visuel de ces deux matières. Le PLA natif est de couleur translucide légèrement jaunâtre. On le retrouve rarement sous cette forme car la plupart des PLA ne sont pas adaptés visuellement pour les applications alimentaires.

Le PET est un des rares polymères, avec le polycarbonate, à être transparent et facilement colorable, ce qui l’a popularisé.

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