Qu'est-ce que le PHA, et pourrait-il être le matériau le plus durable pour l'impression 3D ?

Je crois que ce type de matériau est extrêmement important pour la communauté de l'impression 3D. L'une des raisons, c'est que nous avons souvent besoin de supports pour imprimer des objets complexes, et toute cette matière finit à la poubelle, tout comme les brims, les impressions de test et les impressions ratées.

Beaucoup de gens s'intéressent au recyclage : broyer les anciennes impressions et extruder du nouveau filament. Mais ce processus est semé d'embûches et n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît. Même quand il fonctionne, il demande un investissement qui peut convenir à un grand studio. Pour un petit créateur qui n'a qu'une seule imprimante, ce n'est souvent pas rentable.

Voilà pourquoi le PHA m'intéresse autant. Il est 100 % biosourcé et biodégradable dans presque tous les milieux naturels. Mais avant d'aller plus loin, penchons-nous sur le matériau le plus populaire de notre communauté : le PLA.

Le PLA a besoin de la chaleur d'une installation de compostage industriel, entre 50 et 65 °C environ, pour se décomposer en quelques semaines. Dans le sol, le même processus peut prendre des années, et les études menées en eau de mer n'ont constaté que peu ou pas de dégradation (Catarci Carteny & Blust, 2021).

Le PLA est certes biosourcé, mais il n'est vraiment biodégradable que dans les installations de compostage industriel. Dans la nature, peu d'études prouvent qu'il se décompose rapidement ; il restera probablement très longtemps dans l'environnement. Et de toute façon, beaucoup de régions n'ont ni les systèmes de collecte ni les infrastructures de compostage nécessaires pour le traiter.

« Biosourcé » indique d'où vient un matériau. « Biodégradable » indique où il peut aller en fin de vie. Le PLA est l'un, mais n'est qu'en partie l'autre.

Contrairement aux plastiques traditionnels issus des énergies fossiles, le PHA naît d'un processus naturel de fermentation.

Je pense que le PHA est un bien meilleur matériau que le PLA, tant par ses caractéristiques que par son bilan écologique. Pour comprendre pourquoi, il est utile de voir comment il est fabriqué.

Les producteurs nourrissent des micro-organismes, comme des bactéries, avec des sucres et des huiles naturels, et les bactéries stockent le PHA dans leurs cellules comme réserve d'énergie. C'est en quelque sorte de la « graisse bactérienne », pour reprendre l'expression de colorFabb. Ce PHA est ensuite extrait, puis transformé en granulés et en filament.

Comme il est 100 % naturel, le PHA est un matériau véritablement circulaire :

1. 1Les plantes fournissent les sucres et les huiles.
2. 2Des bactéries les transforment en PHA et le stockent dans leurs cellules.
3. 3Le PHA est extrait et transformé en filament.
4. 4On imprime un objet et on s'en sert.
5. 5En fin de vie, des micro-organismes mangent à nouveau le PHA et le décomposent en CO₂ et en eau.
6. 6Les plantes absorbent ce CO₂, et le cycle recommence.

Quand vous n'avez plus besoin d'un objet, des micro-organismes peuvent de nouveau le manger et le décomposer en CO₂, en eau et en biomasse. Selon colorFabb, l'allPHA se décompose ainsi sans laisser de microplastiques.

Cela dit, la biodégradation ne se fait pas du jour au lendemain. Sa vitesse dépend de l'épaisseur de la pièce, de la température, de l'humidité et de l'activité microbienne. Une méta-étude des recherches en milieu marin a estimé qu'une bouteille d'eau en PHA met 1,5 à 3,5 ans à se biodégrader complètement dans l'océan (Dilkes-Hoffman et al., 2019). L'eau froide ralentit le processus : lors d'un essai de six mois dans une mer tempérée simulée, des films de PHA ne présentaient qu'un début d'altération (Catarci Carteny & Blust, 2021).

Pour moi, c'est là le vrai avantage : si une pièce en PHA finit dans la nature, elle peut réellement retourner à la nature. Ce n'est pas une excuse pour jeter des impressions, mais dans le pire des cas, c'est bien mieux qu'avec le PLA.

J'ai imprimé cet abat-jour en 3D avec le filament allPHA de colorFabb. C'est moins simple qu'avec du PLA. Le matériau est sensible au warping en cours d'impression : un brim (bordure) et de la colle sont donc nécessaires pour une bonne adhérence au plateau.

Autre grande différence : pas besoin de chauffer le plateau. J'ai réglé la température du plateau sur 0 °C, ce qui veut simplement dire que le chauffage reste éteint. Cela peut paraître étrange, mais c'est ce qu'il faut au PHA : un plateau chauffé déclenche la cristallisation des premières couches, ce qui provoque du warping. En prime, un plateau froid permet d'économiser de l'énergie à chaque impression.

Par ailleurs, la vitesse d'impression est bien plus faible qu'avec le PLA. Pour compenser cette lenteur, j'ai utilisé une buse de 0,8 mm pour cet abat-jour. Une buse plus large dépose plus de matière à chaque passage, donc l'impression se termine plus tôt, même à faible vitesse.

Réglages d'impression recommandés pour le PHA

• Température de la buse

  Point de départ

  190–200 °C

  Remarques

  Commencez au milieu de la plage, puis ajustez selon votre hotend

• Température du plateau

  Point de départ

  Froid, chauffage éteint

  Remarques

  Un plateau chauffé déclenche la cristallisation et déforme les premières couches

• Adhérence au plateau

  Point de départ

  Adhésif (spray 3DLac ou colle à bois diluée) et brim

  Remarques

  colorFabb utilise environ 20 lignes de brim pour empêcher les coins de se soulever

• Ventilateur de refroidissement de la pièce

  Point de départ

  100 %, à partir de la couche 2 ou 3

  Remarques

  Évacuer vite la chaleur permet de maîtriser la cristallisation

• Vitesse d'impression

  Point de départ

  40–80 mm/s

  Remarques

  Impression bien plus lente qu'avec le PLA ; une buse de 0,8 mm aide à rattraper le temps perdu

• Rétraction

  Point de départ

  Un peu plus faible que pour le PLA

  Remarques

  De petits trous dans la paroi externe signalent une rétraction trop élevée

• Séchage

  Point de départ

  Pas nécessaire

  Remarques

  Le PHA absorbe peu l'humidité

Points de départ issus des réglages d'impression de l'allPHA et de la fiche technique de colorFabb. Affinez-les pour votre imprimante.

Même si l'impression est un peu délicate, je pense que ce matériau a un grand potentiel. Il est très robuste et supporte des températures de plus de 120 °C sans se déformer. La fiche technique de colorFabb indique pour l'allPHA une température de fléchissement sous charge (HDT) de 153 °C, et le fabricant fait état d'une excellente adhérence entre les couches.

Pour des lampes, ce n'est pas un détail. Le PLA commence à ramollir entre 44 et 60 °C environ, donc le PHA vous laisse beaucoup plus de marge près d'une source de lumière. Quel que soit le matériau que vous imprimez, utilisez une ampoule LED : elle chauffe bien moins qu'une ampoule halogène ou à incandescence.

• Fabriqué à partir de

  PHA (colorFabb allPHA)

  Sucres et huiles fermentés par des bactéries ; 100 % biosourcé

  PLA

  Sucres végétaux fermentés, issus par exemple du maïs ; biosourcé

• Où il se biodégrade

  PHA (colorFabb allPHA)

  Sol, eau douce et océan

  PLA

  Uniquement en compostage industriel, à environ 50–65 °C

• Durée de biodégradation

  PHA (colorFabb allPHA)

  De quelques mois à quelques années ; environ 1,5 à 3,5 ans pour une bouteille en mer

  PLA

  Quelques semaines en compost industriel ; des années, voire plus, dans la nature

• Résistance à la chaleur

  PHA (colorFabb allPHA)

  Stable au-delà de 120 °C (HDT 153 °C)

  PLA

  Ramollit à environ 44–60 °C

• Plateau

  PHA (colorFabb allPHA)

  Froid, chauffage éteint

  PLA

  Chauffé

• Vitesse d'impression

  PHA (colorFabb allPHA)

  40–80 mm/s

  PLA

  Bien plus rapide sur les imprimantes modernes

• Facilité d'impression

  PHA (colorFabb allPHA)

  Plus difficile : sujet au warping, nécessite colle et brim

  PLA

  Facile et tolérant aux erreurs

Il est 100 % biosourcé et, contrairement au PLA, il peut se décomposer dans le sol, en eau douce et dans l'océan.

Les compromis sont bien réels. Il est plus lent et plus capricieux à imprimer, et sa production coûte plus cher que celle du PLA (Catarci Carteny & Blust, 2021). Mais pour un objet comme une lampe, que vous imprimez une fois et gardez pendant des années, je pense que le jeu en vaut la chandelle.

Si vous voulez imprimer cette lampe en 3D, vous trouverez les fichiers sur e-leora.com. Chaque création de la bibliothèque Leora est fournie en fichiers STL, OBJ et 3MF, avec des projets 3MF prêts pour Bambu Studio et OrcaSlicer, et des instructions d'impression détaillées pour chaque modèle. Une option de licence commerciale est également proposée : vous pouvez ainsi imprimer et vendre les lampes que vous fabriquez (voir les licences).

Dites-moi ce que vous pensez du PHA et ce que vous aimeriez encore apprendre sur l'impression 3D ! Laissez un commentaire sous la vidéo ou envoyez-nous un message.