Imprimantes 3D

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Les différentes imprimantes 3D FDM

S’il existe plusieurs technologies d’impression 3D avec la Stéréolithographie (impression 3D résine), le frittage de poudres ou le dépôt de filament (FDM), il existe également différentes technologies au sein de chaque procédé. Les imprimantes 3D à filament appelées généralement FDM, (Fused Deposition modeling) ou FFF (Fused Filament Fabrication) se distingues par trois principales architectures.

Les imprimantes 3D cartésiennes

Les imprimantes 3D cartésiennes sont les plus courantes, cette technologie est utilisée par la majeur partie des fabricants.

La technologie est basée sur le modèle mathématique de coordonnés cartésiens qui détermine la position de la tête d’impression sur trois axes : X (gauche à droite), Y (d’avant en arrière) et Z (de haut en bas).

Les imprimantes 3D cartésiennes peuvent être de deux types :

Le premier type adopte une technologie dans laquelle la tête d’impression se déplace sur un axe X de gauche à droite, qui lui-même se déplace de bas en haut sur l’axe Z, c’est le plateau qui se déplace d’avant en arrière sur l’axe Y. Ces imprimantes sont généralement construites avec une structure de type trapèze, on retrouve cette conception sur les modèles Creality Ender-3, mais également sur les machines Creality de la série CR, avec la CR-10, la CR-10 S Pro ou les nouvelles CR-6 SE et CR-6 Max.

Dans le second type de conception, la tête d’impression se déplace d’avant en arrière sur l’axe Y et le plateau d’impression se déplace de haut en bas sur l’axe Z. C’est la conception la plus courante sur les machines professionnelles, comme les Factomaker GM20 ou GN28, mais également sur certaines machines du constructeur Creality, avec les Creality de la série Ender-5, la Ender-6 ainsi que les nouvelles Creality Ender-7 ou Sermoon-D1

Cette architecture est également subdivisée en deux technologies de motorisation du déplacement des axes X et Y :

Le système classique utilise un moteur pour chaque axe, un moteur positionné sur l’axe X déplace la tête d’impression de gauche à droite et un moteur fixé sur le châssis déplace l’axe Y (dans certain cas il peut y avoir une double motorisation de l’axe Y, comme sur la Factomaker GN28 par exemple).

Il existe également une autre technologie communément appelée Core X Y. Ce type de montage utilise deux moteurs pas à pas fixés sur le châssis de l’imprimante et deux courroies de distribution pour déplacer les axes X et Y. En fonction des moteurs utilisé et de leur sens de rotation, les axes se déplacerons dans le sens souhaité. Lorsque les deux moteurs tournent dans le même sens, l’axe X se déplace, lorsqu’ils tournent dans des sens opposés, c’est le Y et lorsqu’un seul moteur tourne, la tête d’impression se déplace en diagonale.

Ce système est réputé pour être plus précis et plus rapide, il équipe certains modèles comme la Creality Ender-6 et la Ender-7.

Les imprimantes 3D Delta

Elles sont généralement constituées d’un plateau d’impression rond et d’un extrudeur fixé sur trois points triangulaires, ces trois points se déplacent verticalement pour définir la position de la tête d’impression. Réputée plus rapide, certains utilisateurs émettent des doutes concernant la précision qui reste inférieur à celle obtenu avec un system cartésien.

Les imprimantes 3D Polar

Cette technologie mise au point par Polar 3D est peu courante, elle consiste à utiliser les coordonnés polaire, le plateau est rond et tourne sur lui-même tout en se déplaçant de gauche à droite et d’avant en arrière, tandis que la tête d’impression est fixe et se déplace verticalement.

Les différents types d’extrudeur

Les imprimantes 3D FDM utilisent deux types d’extrudeurs : les Bowden (extrusion indirecte) et les direct drive (extrusion directe). Si le principe d’extrusion reste le même dans les deux cas, la différence se situe à l’endroit où se positionne l’extrudeur qui entraine le filament.

Il peut être positionné sur la tête d’impression et « tirer » le filament dans le cas d’un extrudeur direct drive, comme sur la Creality CR-10 V3, la Sermoon D1 ainsi que sur les imprimantes 3D professionnelles de la gamme Factomaker comme la GM 20 ou la GN 28.

Dans le cas d‘un extrudeur bowden, il se situera en amont, sur le châssis et décalé de la tête d’impression, dans laquelle il poussera le filament, comme sur de nombreux modèles de la gamme Creality comme sur les CR-10 S Pro V2, la CR-6 SE, mais également les modèles Creality Ender-6 et Ender-7.

Les extrudeurs direct drive :

Dans cette configuration, l’extrudeur pousse le filament directement dans le corps de chauffe (hotend) et la buse. Ce montage permet une extrusion plus fiable et réduit les risques de problèmes d’alimentation en filament.

La proximité entre l’extrudeur et la buse permet également de faciliter la rétractation (le retrait du filament lorsque la tête d’impression doit se déplacer sans extruder de filament, pour reprendre son cycle d’impression à un autre endroit).

La distance réduite nécessite également moins de couple pour le moteur d’extrusion.

Un des principaux avantages de l’extrusion direct est de permettre une utilisation d’un plus large éventail de matériaux, et notamment les filaments souples comme le TPU ou le FiberFlex, il n’y a pas de risque de déformation dans le tube PTFE qui raccorde l’extrudeur à la tête d’impression, contrairement au Bowden, et donc moins de risque de bourrage.

En revanche, l’inconvénient de cette technologie est le poids supplémentaire porté par les axes X et Y, en effet l’extrudeur et son moteur se situant sur la tête d’impression, ils se déplacent sur les axes et peuvent créer plus d’inertie, des vibrations et une oscillation susceptible de faire perdre en précision, il est donc conseillé avec ce type d’extrudeurs de disposer d’un montage mécanique robuste sur les axes, comme sur les imprimantes 3d Professionnelles de la gamme Factomaker.

Les extrudeurs Bowden

Contrairement au système d’entrainement direct, l’extrudeur bowden se situe sur le châssis de l’imprimante. Il pousse le filament dans un tube, généralement en PTFE, appelé tube bowden, jusqu’au corps de chauffe (hotend) et à la buse d’extrusion.

Le poids inférieur de la tête d’impression qui ne comporte dans ce système ni l’extrudeur, ni son moteur, permet une impression plus rapide, plus précise et plus silencieuse. Il est également possible d’obtenir un volume d’impression plus important en augmentant la hauteur de la tête d’impression, a dimension de machine équivalente.

En revanche, la distance entre l’extrudeur et la tête d’impression nécessite un moteur plus puissant avec plus de couple pour compenser les frictions dans le tube PTFE.

La rétractation est moins rapide, il convient d’affiner les réglages d’accélération et de rétractation, le temps de réaction étant plus long, pour éviter le phénomène de filage.

Certains filaments sont déconseillés, les matériaux souples comme le TPU ou le Fiberflex peuvent faire du bourrage (il convient dans ce cas de baisser la vitesse d’impression), la difficulté peut être atténuée en utilisant un tube PTFE mieux calibré comme les tubes Capricorn. Certains filament abrasifs peuvent également user prématurément le tube PTFE.