Comment choisir une imprimante 3D

Choisir une imprimante 3D FDM peut être un processus intimidant, mais nous allons essayer de rendre les imprimantes 3D simples à comprendre. Nous ne recommanderons pas d'imprimante 3D, mais nous vous indiquerons plutôt ce qu'il faut rechercher pour vous assurer d'obtenir une imprimante 3D rapide, performante, facile à utiliser et facile à entretenir. Nous le ferons en décortiquant l'imprimante 3D en options et composants et en considérant chacun d'eux à la fois.

Commençons par parler de la cinématique, de la structure et du groupe motopropulseur des imprimantes 3D. Il existe plusieurs types d'imprimantes 3D FDM, mais je vais me limiter aux trois plus courantes : cartésiennes, delta et coreXY.

Les imprimantes 3D cartésiennes sont les plus populaires et comprennent des modèles comme la Prusa Mk3 et la gamme d'imprimantes Lulzbot Taz. Leur caractéristique principale est le fait que chaque moteur affecte le mouvement dans une seule dimension. La structure comprend généralement un système de portique et le mouvement est produit dans la direction z avec des vis mères, et des courroies assurent le mouvement dans les directions x et y. La transmission de puissance de ce type est rarement un problème, mais il est important de s'assurer que les courroies sont correctement tendues et que le portique est aligné sur les vis mères. La structure du portique n'est pas non plus particulièrement rigide (cela dépend grandement de la conception du support) et peut donc provoquer des saccades à des vitesses d'impression plus élevées.

Les imprimantes 3D Delta sont réputées pour leur rapidité, mais peuvent rencontrer des problèmes de précision dimensionnelle, car la cinématique est plus complexe. Cette cinématique complexe nécessite également un microcontrôleur plus puissant pour obtenir les vitesses rendues possibles par la tête d'impression à faible masse, sinon les calculs du microcontrôleur sont en retard sur le mouvement physique du système. Les Delta utilisent les tubes Bowden les plus longs et présentent donc le plus de problèmes de contrôle du suintement, de la formation de fils et de l'extrusion. De nombreux problèmes des Delta peuvent théoriquement être résolus avec des microcontrôleurs plus rapides et des algorithmes plus intelligents qui prennent en compte l'accumulation de pression du filament causée par le système de tubes Bowden.

Les imprimantes CoreXY ont gagné en popularité au cours des dernières années en raison de la promesse de vitesses élevées rendues possibles en déplaçant uniquement la tête d'impression (faible masse) sur chaque couche et en déplaçant le lit d'impression (massif) uniquement pendant les mouvements en z, ce qui peut être fait relativement lentement sans sacrifier la vitesse d'impression globale, et certaines imprimantes CoreXY ne déplacent pas du tout le lit ! La structure de la boîte autour d'une imprimante CoreXY est également très rigide et dimensionnellement stable, ce qui est propice à l'impression à grande vitesse. Les imprimantes CoreXY ont un système de courroie complexe pour la transmission de puissance qui peut causer des problèmes car la longue courroie est mécaniquement souple et peut parfois tomber des engrenages pas à pas ou s'étirer pendant une impression et provoquer des lignes de couche visibles. Il existe des solutions de contournement à ces problèmes, et vous pouvez trouver des machines à grande vitesse et de qualité d'impression comme les kits DIY Ratrig de Voron.

Le facteur le plus important qui affecte le prix des imprimantes 3D est probablement le volume d’impression . Il s’agit du volume dans lequel votre impression 3D doit tenir pour que vous puissiez l’imprimer en 3D. Il est important de noter que le fait qu’une imprimante 3D ait un volume de construction donné ne signifie pas que vous pourrez utiliser ce volume de construction pour chaque impression et chaque type de matériau de filament. Les problèmes d’impression 3D tels que le gauchissement et le gondolage deviennent plus difficiles à mesure que les impressions 3D deviennent plus grandes. Un boîtier autour de l’imprimante permet de résoudre ces problèmes. Le boîtier peut être aussi simple qu’une boîte en carton (attention : les imprimantes 3D prennent rarement feu). De plus, vous découvrirez probablement que les impressions n’adhèrent pas bien à une partie du plateau. Pour une meilleure adhérence du plateau avec le PLA, le PETG et l’ABS, nous vous recommandons de rechercher une imprimante avec une feuille PEI ou au moins un revêtement PEI.

Ensuite, examinons l'extrudeuse et la tête chauffante qui, ensemble, constituent le sous-système qui a le plus d'impact sur la vitesse et la qualité de l'impression 3D. Il existe deux alternatives pour cette combinaison : 1) un système Bowden qui possède une extrudeuse, un tube Bowden et une tête chauffante séparés, et 2) un système à entraînement direct qui les intègre tous dans un seul ensemble.

L'option bowden sépare l'extrudeuse de l'extrémité chaude et guide le filament de l'extrudeuse vers l'extrémité chaude avec le tube bowden. Cette configuration dispose d'une tête d'impression plus légère (uniquement l'extrémité chaude et le chariot) qui peut se déplacer plus rapidement sans secouer l'imprimante 3D, ce qui permet des impressions plus rapides. Cependant, la séparation entre l'extrémité chaude et l'extrudeuse réduit le contrôle de l'imprimante sur son extrusion, de sorte que les problèmes tels que le suintement, le filament et l'extrusion incohérente deviennent plus difficiles. Un système bowden est généralement plus facile à entretenir (car il est plus facile d'accéder à l'extrudeuse et à l'extrémité chaude séparément) et moins sujet aux pannes causées par le broyage du filament.

La configuration à entraînement direct comprend une extrudeuse et une extrémité chaude intégrées. Cela permet un meilleur contrôle de l'extrusion, ce qui est essentiel pour la qualité d'impression, mais rend la tête d'impression plus massive, ce qui peut provoquer des effets de gigue à des vitesses d'impression plus faibles. Une configuration à entraînement direct est également plus difficile à réparer, car elle nécessite souvent de démonter l'extrudeuse et l'extrémité chaude pour résoudre le problème. Dans l'ensemble, il est généralement admis que les systèmes à entraînement direct sont supérieurs pour les imprimantes 3D cartésiennes, et les systèmes Bowden sont supérieurs pour les imprimantes 3D delta.

Examinons maintenant l'extrudeuse. Que vous utilisiez un système à entraînement direct ou un système Bowden, la fonction principale de l'extrudeuse est de pousser le filament dans l'extrémité chaude. L'extrudeuse présente deux principaux modes de défaillance : 1) perte de traction après le broyage dans le filament de l'imprimante 3D, et 2) le moteur de l'extrudeuse saute une étape en raison de charges excessives. Un système d'extrusion à double engrenage permet d'atténuer le risque de broyage dans le filament en augmentant la zone sur laquelle les engrenages appuient, et il s'agit d'une avancée récente importante dans la technologie d'impression 3D. Pour minimiser la probabilité que le moteur de l'extrudeuse saute une étape, vous devez rechercher une extrudeuse avec des rapports de démultiplication qui rendent les étapes de l'extrudeuse plus précises et augmentent la force maximale réagissant contre le filament.

Ensuite, il y a la tête chauffante. La tâche principale de la tête chauffante est de faire fondre le plastique là où il est censé fondre (dans le bloc chauffé et vers le bas) et de l'empêcher de fondre là où il ne l'est pas (dans la rupture de chaleur et vers le haut). L'entretien le plus courant que vous devrez effectuer sur votre machine consistera probablement à éliminer un bouchon de la tête chauffante. Une bonne tête chauffante possède un élément chauffant puissant (les puissances de chauffage typiques varient de 30 à 80 W), un bloc chauffant épais (pour maximiser le transfert de chaleur du bloc au filament), une rupture de chaleur avec une section transversale très fine (pour empêcher la fusion du filament dans la rupture de chaleur) et des évents de refroidissement des pièces qui pointent directement vers la buse. La tête chauffante comprend également la buse de votre imprimante 3D. Un grand diamètre de trou de buse augmente le taux d'extrusion maximal, la hauteur de couche maximale et la largeur de couche maximale, mais diminue également le risque d'obstruction et diminue la qualité de surface des impressions 3D (rugosité de surface plus élevée). Les buses sont bon marché et considérées comme des articles jetables, elles sont donc faciles à remplacer et à personnaliser. Assurez-vous simplement de mettre à jour les paramètres de votre slicer et de ne pas exécuter de gcode pour une taille de buse alors qu'une autre taille est installée. Les diamètres des buses varient de 0,1 mm à 2 mm, mais la plupart des gens utilisent simplement des buses de 0,4 à 0,6 mm.

Le système de mise à niveau du lit est très important pour la facilité d'utilisation d'une imprimante 3D. Il existe deux grandes catégories : la mise à niveau manuelle et la mise à niveau automatique du lit. Les systèmes de mise à niveau manuels du lit impliquent de tourner les vis aux quatre coins du lit pendant que l'imprimante pose la première couche jusqu'à ce que le lit d'impression soit nivelé (également appelé nivellement) avec le mouvement de la tête d'impression. Vous pouvez le savoir en regardant les lignes qui sont posées par le lit d'impression. Le nivellement manuel du lit nécessite que vous attendiez que l'impression démarre et que vous la regardiez poser une partie de la première couche. Cela peut prendre environ 10 minutes par impression 3D si votre lit nécessite un nivellement (également appelé nivellement) à chaque fois que vous imprimez quelque chose en 3D.

La mise à niveau automatique du lit est une fonctionnalité intéressante qui implique un capteur prenant des mesures autour du lit afin que l'imprimante sache où se trouve le lit. Même avec les systèmes de mise à niveau automatique du lit, il est courant que vous deviez déplacer le lit en Z pour l'aligner définitivement. Il existe plusieurs types de capteurs utilisés pour mettre à niveau le lit : un capteur à jauge de contrainte, un capteur inductif, un capteur capacitif et un capteur de continuité . Je les ai répertoriés ici dans l'ordre de notre préférence, un capteur à jauge de contrainte étant la meilleure option.

Enfin, vous pouvez envisager la carte de contrôle et le micrologiciel qui exécute l'imprimante 3D. Le micrologiciel est le programme informatique qui est flashé sur un microcontrôleur. Le micrologiciel open source appelé Marlin sur une carte Arduino 16 bits était essentiellement la norme pendant des années, mais plus récemment, les entreprises ont repris Marlin et l'ont modifié à leur goût (ignorant souvent les conditions d'utilisation du logiciel en le rendant fermé) et de nouvelles options sont apparues comme Duet3D (carte et micrologiciel) et le micrologiciel Klipper sur un Raspberry Pi. Ces deux dernières options offrent une interface plus sophistiquée qui comprend la surveillance à distance de la caméra de l'imprimante 3D et le contrôle de l'imprimante via le Wi-Fi. Duet3D et Klipper facilitent également la modification des paramètres du micrologiciel, ce qui peut être d'une grande aide si vous aimez bricoler et mettre à niveau votre imprimante 3D.

Dans l’ensemble, il existe une grande variété cachée dans les options d’imprimantes 3D, et toutes les options présentent des avantages, des inconvénients et des prix différents. Avant d’acheter une imprimante 3D, je vous recommande vivement de consulter autant d’avis que possible sur cette imprimante 3D en particulier et de considérer ces avis sous l’angle de ce qui rend une imprimante 3D meilleure. Enfin, je voudrais vous encourager à acheter votre imprimante 3D dans des pays dont les gouvernements ne sont pas contraires à votre système de croyances, car les chaînes d’approvisionnement sont importantes et votre achat a pour effet accessoire de renforcer la chaîne d’approvisionnement et le pouvoir géopolitique de la classe dirigeante de ce pays.