Zortrax Z-ESD : test du filament antistatique pour l’électronique
Dans un atelier de prototypage, une simple décharge électrostatique peut suffire à détruire un circuit intégré ou à en réduire la fiabilité. C'est pourquoi les équipements antistatiques – bracelets de mise à la terre, tapis dissipatifs – sont monnaie courante, et les pièces imprimées en 3D capables de dissiper les charges s'y ajoutent de plus en plus. Zortrax propose un filament spécialement formulé pour cet usage : la référence 5902280822028, également appelée Z-ESD. Ce matériau conducteur, chargé en noir de carbone, permet de fabriquer des supports de montage, des gabarits et des boîtiers qui protègent les cartes électroniques sans nécessiter de traitement de surface supplémentaire.
Caractéristiques techniques du Z-ESD
Le filament Zortrax Z-ESD se présente sous forme de bobine de 800 g (ou 1 kg selon la version), avec un diamètre de 1,75 mm et une tolérance annoncée de ±0,05 mm. La température d'extrusion recommandée se situe entre 250 °C et 270 °C, ce qui impose un hotend tout métal – les imprimantes Zortrax de série M (M200, M300) sont conçues pour ces températures. Le plateau doit être chauffé à 80-90 °C, et l'adhésion est assurée par une couche de glu Z-Ultamet ou un ruban de polyimide pour les impressions directes.
La propriété clé est sa résistivité de surface, typiquement comprise entre 10⁶ et 10⁹ Ω/sq, ce qui correspond à la fourchette requise pour les applications ESD selon la norme CEI 61340-5-1. Cette conductivité est obtenue grâce à une charge de noir de carbone finement dispersée, sans recourir à des additifs métalliques qui pourraient nuire à la fluidité ou à la résistance mécanique.
| Paramètre | Valeur / Remarque |
|---|---|
| Diamètre | 1,75 mm ±0,05 mm |
| Température d'extrusion | 250-270 °C |
| Température du plateau | 80-90 °C |
| Résistivité de surface | 10⁶ – 10⁹ Ω/sq |
| Densité | 1,10 – 1,15 g/cm³ |
| Adhésion plateau | Glue Z-Ultamet ou Kapton |
{IMAGE: technician handling ESD-sensitive electronic board with 3D printed antistatic jig | Opérateur manipulant une carte électronique avec un gabarit antistatique imprimé en Z-ESD}
Conditions d'impression et compatibilité
Le Z-ESD demande des réglages précis, surtout en raison de la charge carbonée qui augmente la viscosité du fondu et rend la rétraction plus délicate. Sur une imprimante Zortrax, le profil officiel disponible dans Z-Suite règle automatiquement les températures et la vitesse de refroidissement. Pour une utilisation sur d’autres machines (telles que celles compatibles avec un hotend haute température), il faudra réduire la vitesse d’impression à 20-30 mm/s pour les couches inférieures et augmenter la ventilation du radiateur pour éviter les bouchages. Contrairement au filament EN 70 Special que nous avons testé précédemment (Test du filament Zortrax EN 70 Special), le Z-ESD ne vise pas la résistance thermique élevée mais la dissipation électrostatique.
La rétractation doit être limitée (moins de 1 mm) car la charge conductrice favorise le stringing. L'impression d'objets à ponts larges nécessite parfois la génération de supports, même si le matériau accepte des surplombs de 45° sans soutien. En sortie d'impression, les pièces présentent un aspect mat et légèrement granulé, signature de la présence de noir de carbone.
Résultats des tests en atelier
Nous avons réalisé une série de pièces pour valider l'efficacité antistatique du Z-ESD : des supports de prise pour circuits imprimés, des pincettes de manipulation et des tambours pour composants CMS. Mesurés avec un mégohmmètre de surface (électrodes parallèles de 100 V), les échantillons ont typiquement donné entre 2×10⁶ et 8×10⁸ Ω/sq, bien dans la zone spécifiée.
La résistance mécanique en traction est inférieure à celle d'un ABS standard (environ 35 MPa contre 45 MPa pour le Z-ULTRAT), mais suffisante pour des pièces d’outillage qui ne sont pas soumises à des contraintes élevées. La résistance à la chaleur (HDT B) est de l'ordre de 75 °C, ce qui limite l'usage à proximité de sources de chaleur. En revanche, le comportement au feu est auto-extinguible grâce à la charge carbonée, un plus pour la sécurité en atelier.
Avantages et limites
- Avantages : conductivité homogène sur toute la pièce, bonne adhésion couche à couche, facilité de flow à haute température (à condition d’avoir le matériel adapté), grande précision dimensionnelle (calage à ±0,1 mm sur des gabarits de 100 mm).
- Limites : vitesse d'impression lente nécessaire pour éviter les bouchages, aspect visuel irrégulier, sensibilité à l'humidité – la bobine doit être stockée à l'abri de l'air (dessicateur recommandé), et la résistivité peut dégrader si la pièce est nettoyée avec des solvants agressifs.
Applications recommandées
Le Z-ESD de Zortrax est particulièrement adapté à la fabrication de :
- Gabarits de montage pour cartes électroniques dans des process organisés par l’IEC 61340-5-1.
- Supports de capture pour robots pick-and-place (tambours étagés pour CMS).
- Boîtiers de test pour prototypes électroniques où une décharge pourrait détruire le composant.
- Outils de calibrage pour capteurs de proximité nécessitant un plan de référence conducteur.
Dans tous ces cas, la pièce imprimée évite l'accumulation de charges et réduit le risque de claquage lorsqu’elle est associée à un plan de masse relié à la terre.
Pour un usage ponctuel, comme la vérification de la valeur antistatique après plusieurs cycles de nettoyage (essuyage avec un chiffon microfibre ou un solvant doux comme l'isopropanol), un contrôle régulier au mégohmmètre est recommandé. La surface noire mate peut se recharger si le carbone est lessivé ; un rinçage à l’eau désionisée et un séchage complet restituent la résistivité initiale dans la plupart des cas.
