TPE vs. TPU : Différences et comparaison

La technologie de l'impression 3D permet de fabriquer des produits à l'aide d'une grande variété de matériaux, dont deux matériaux populaires : les élastomères thermoplastiques (TPE) et le polyuréthane thermoplastique. Ces deux matériaux sont d'un prix raisonnable et présentent de nombreuses qualités similaires.

TPE est l'acronyme de Thermoplastic Elastomer (élastomère thermoplastique), une combinaison de caoutchouc et de plastique présentant à la fois des propriétés thermoplastiques et élastomères. Le TPU (polyuréthane thermoplastique) est un autre produit polyvalent dérivé du TPE. Les deux filaments 3D produisent des pièces flexibles, résistantes aux chocs, aux UV, à l'eau et raisonnablement résistantes aux produits chimiques.

Les élastomères thermoplastiques (TPE) sont plus souples et plus doux au toucher. Les polyuréthanes thermoplastiques (TPU) sont également flexibles, mais aussi plus rigides. Les TPE sont disponibles dans le commerce depuis plus longtemps mais sont relativement nouveaux dans le secteur de l'impression 3D. Les TPE sont moins chers, plus disponibles et conviennent mieux aux produits plus légers et plus souples. Le TPU est préféré pour les applications plus durables et plus robustes. En comparaison, les TPU nécessitent moins d'efforts pour l'impression 3D, tandis que les TPE sont légèrement moins chers.

Outre le TPU, les variantes du TPE comprennent d'autres matériaux flexibles, notamment le polyamide thermoplastique (TPA) et le copolyester thermoplastique (TPC). Le TPE est utilisé dans une variété d'applications, telles que les pièces automobiles, les jouets, les appareils médicaux et les produits de consommation, comme les chaussures de sport et l'électronique. Le TPE est disponible sous forme de filament pour l'impression FDM (Fused Deposition Modeling) et sous forme de poudre pour les imprimantes SLS.

Les caractéristiques du TPE sont énumérées ci-dessous :

• Bonne résistance aux chocs
• Souple et flexible
• Bonne résistance à la déchirure et à l'abrasion
• Excellente résistance à la fatigue
• Bonnes propriétés d'isolation électrique
• Excellent amortissement des vibrations
• Bonne résistance aux produits chimiques et aux UV 
• Résistance aux basses et hautes températures (-30 à +140 °C)
• Recyclable
• Le matériau mou crée des problèmes d'extrusion
• Le filament peut se déformer lors de l'extrusion
• Le filament est hygroscopique et doit être stocké correctement

Les avantages du TPE par rapport au TPU sont les suivants :

• Le TPU est plus souple et plus flexible
• De nombreux TPE peuvent être facilement recyclés
• Le TPE est moins cher
• Le TPE est disponible et utilisé dans des produits depuis les années 1950.
• Le TPE peut être imprimé en tant que couche intermédiaire agissant comme un stabilisateur flexible.

Les inconvénients du TPE par rapport au TPU sont énumérés ci-dessous :

• Le TPE est plus sensible à la température que le TPU
• Les TPE ne sont pas aussi faciles à imprimer que les TPU.
• Les produits imprimés en TPE sont souvent retravaillés.

Les polyuréthanes thermoplastiques (TPU) sont un dérivé du TPE. Il s'agit d'un matériau bien établi, mais relativement nouveau pour l'impression 3D. Le TPU est utilisé dans les imprimantes FDM (Fused Deposition Modeling) sous forme de filament et dans les imprimantes SLS (Selective Laser Sintering) sous forme de poudre. Il existe une grande variété de couleurs et les matériaux peuvent être personnalisés en fonction de leur dureté, de souple à ferme. Le TPU est utilisé dans l'aérospatiale, l'automobile (tableaux de bord), l'industrie médicale, les ceintures industrielles et les produits commerciaux, y compris les articles de sport et les étuis de protection. 

Les caractéristiques du TPU sont les suivantes :

• Facilité d'impression
• Bonne résistance aux chocs
• Bonne résistance aux produits chimiques
• Haute résistance à la chaleur
• Haute résistance à la déchirure et à l'abrasion
• Haute élasticité
• La résistance aux UV est moins que souhaitable
• Les basses températures d'impression entraînent une mauvaise adhérence des couches
• Les températures d'impression élevées entraînent un filage.

Les avantages du TPU par rapport au TPE sont les suivants :

• En général, le TPU a une finition lisse par rapport à la finition caoutchouteuse du TPE.
• Le TPU est plus performant à froid et conserve mieux son élasticité que le TPE.
• Le TPU présente un degré plus élevé de résistance aux produits chimiques.
• Le TPU conserve mieux ses dimensions que le TPE et est moins sujet au rétrécissement.
• Le TPU dure plus longtemps grâce à sa résistance à l'abrasion.

Les inconvénients du TPU par rapport au TPE sont les suivants :

• Le TPU absorbe l'humidité (hygroscopique).
• En raison de ses caractéristiques de performance, le post-traitement peut être problématique.

Les caractéristiques similaires sont les suivantes

• la résistance aux chocs
• Résistance à la chaleur
• l'imperméabilité
• l'élasticité
• Excellente sélection de couleurs
• Vitesses d'impression similaires

L'alternative au TPE et au TPU est le copolyester thermoplastique (TPC). Le TPC est difficile à obtenir pour les amateurs et est considéré comme un matériau de qualité technique. Le TPC est un élastomère thermoplastique souvent utilisé dans les soufflets et les stents médicaux.

Les caractéristiques du TPC sont les suivantes :

• Bonne élasticité
• Haute résistance
• Résistance aux températures élevées
• Bonne stabilité thermique
• Bonne résistance chimique
• Excellente résistance aux UV
• Déconseillé pour les applications très flexibles

Le TPC partage un grand nombre de caractéristiques avec le TPE et le TPU. Il s'agit notamment de

• Elastomères thermoplastiques
• Excellente clarté et colorabilité
• Les vitesses d'impression sont similaires

Outre le PTC, d'autres matériaux peuvent être comparés au TPE et au TPU :

TPE :
Elastomères de silicone - Ces matériaux présentent une excellente stabilité thermique, des propriétés diélectriques, une résistance au cisaillement, une compression élevée, une résistance aux UV et une résistance à l'oxydation.
Styrène thermoplastique (TPS) - Le TPS a des propriétés antidérapantes améliorées et est moins hygroscopique.
TPU :
Acide polylactique (PLA) - Le PLA est un polyester thermoplastique populaire dans l'impression 3D car il est plus facile à imprimer que le TPU.
Polyether Block Amide (PEBA) - Le PEBA est un filament polymère flexible avec une excellente élasticité et flexibilité.

Actuellement, le caoutchouc n'est pas imprimable en 3D, c'est pourquoi des matériaux alternatifs comme le TPE et le TPU sont utilisés pour l'impression 3D. Le TPE et le TPU sont des matériaux 3D couramment utilisés. En résumé :

• Le TPE est idéal pour les produits flexibles
• Le TPU est idéal pour les produits résistants aux rayures et à l'abrasion.
• Le TPE a une finition semblable à celle du caoutchouc
• Le TPU a une finition plus lisse
• Le TPE est difficile à utiliser pour l'impression de modèles aux dimensions précises.
• Le TPU est plus rigide et plus précis sur le plan dimensionnel.
• Le TPE et le TPU offrent tous deux une bonne résistance à la chaleur.
• Le TPE n'est pas toxique mais dégage une légère odeur.
• Le TPU est également non toxique mais dégage des fumées nocives lors de l'impression, et des fumées nocives en cas de combustion ou d'exposition à certains produits chimiques.
• Le TPE et le TPU s'impriment à peu près à la même vitesse.
• Le TPE et le TPU sont tous deux respectueux de l'environnement et biodégradables en 3 à 5 ans.
• Le coût du TPE et du TPU est similaire.