Anatomie d'une imprimante 3D

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Une Technique de avatarArnaud dans les catégories Électronique. Dernière modification le 4/02/2019 par Achristel.

Anatomie d une imprimante 3D tete impression.png

On va passer en revue les termes liés aux imprimantes 3D, avec des photos pour tous utiliser le même glossaire

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Anatomie d une imprimante 3D tete impression.png

Introduction

Une imprimante 3D est un ensemble de pièce qui permettent d'aller créer de beaux modèles. Cependant, ces machines utilisent des composants (globalement les mêmes quelles que soient les imprimantes), et nous allons tenter, das ce petit guide de détailler quels éléments sont utilisés, à quoi ils ressemblent, et quelle est leur utilité

Liste des matériaux

Liste des outils

Etape n°1 - Le chassis

Pour contenir les pièces de notre imprimante 3D, un chassis est utilisé. Principalement 3 formes de chassis existent dans les imprimantes grand public

  • Les modèles cartésiens : Chaque moteur entraine un axe, dans 2 directions. Si on faut tourner 1 seul moteur, le déplacement se fait sur son axe
  • Les modèles CORE X Y : L'axe Z est géré par un moteur, mais les 2 autres moteurs gèrent ensemble les déplacement sur les axes X et Y. Si on fait tourner 1 seul moteur, l'extruder se déplace à 45° dans le plan X/Y
  • Les modèles Delta : Nommés ainsi à cause de leur forme :). Le déplacement de la tête se fait "en diagonale" vers le côté opposé, si on ne déplace qu'un moteur

Chaque type d'imprimante a ses avantages et inconvénients. Par exemple une imprimante cartésienne est simple à concevoir, mais les parties à déplacer étant relativement lourdes (l'axe Y par exemple, supporte l'inertie et le poids du plateau). Les imprimantes Delta sont souvent plus rapides (moins de pièces en mouvement), mais les calculs demandés à la carte mère sont plus complexes

Etape n°2 - La carte mère

Il existe de très nombreuses possibilités de carte mère. La plus "simple" consiste à utiliser un Arduino Mega, et un hat RAMPS, c'est la solution "originale"... Cependant, de nombreuses options sont disponibles, Duet3D, SmoothieBoard, .....

C'est sur elle que vous allez brancher tous les éléments

Certaines en 8 bits, certaines en 32, .... Généralement, les imprimantes abordables sont fournies avec des cartes assez minimales, et parfois il est impossible de changer (comme sur la photo ci contre) un élément que l'on va voir ci dessous, les "stepper driver"

Etape n°3 - Les "Stepper Drivers"

Les stepper drivers, ou contrôleur pas à pas servent exclusivement à donner les ordres de déplacements aux moteurs de votre imprimante.

Une fois de plus, il en existe plusieurs, avec tous, des avantages et des inconvénients.

  • Les A4988 : sont les contrôleurs les plus courants parce que les moins chers. Ces contrôleurs, ayant un MicroStep de 1/16 de pas entrainent un niveau sonore très élevé lors des déplacements des moteurs
  • Les DRV8825 : Contrôleurs un peu moins courants, mais qui commencent à arriver sur certaines machines (je crois les CR10). Un peu plus chers que les A4988, plus silencieux grace au micro step au 1/32. Leur inconvénient est qu'ils font apparaitre comme une "peau de saumon" sur les surfaces planes verticales des impressions.
  • Les TMC2208 (ou 2130) : Contrôleurs extrêmement silencieux grace au micro step au 1/256, programmable dans le code (pour les 2130, avec une installation un peu complexe), au prix d'un coût assez important et d'une ventilation active fortement recommandée

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Lorsque l'on remplace ses stepper drivers, il est indispensable de contrôler l'emplacement du pin GND pour ne pas le faire fumer en inversant son sens de connexion

Etape n°4 - Les moteurs

Alors là, c'est "simple".... Toutes les imprimantes 3D disposent d'au moins 4 moteurs....

Pour les imprimantes 3D, on utilise généralement des moteurs type NEMA 17, moteurs pas à pas qui se branchent sur la carte mère

Etape n°5 - L'extrudeur

Le rôle de cet élément est de tirer le filament depuis la bobine et de le pousser dans la tête.

Cet extruder est toujours composé de :

  • Un moteur : connecté à la carte mère
  • Une roue d'engrenage : fixée sur le moteur, dont le role est d'agripper le filament et le pousser
  • Une poulie : le filament va passer entre l'engrenage et la poulie pour être entrainé
  • Un moyen de pression : généralement, un ressort permet de mettre en pression la poulie sur l'engrenage

L'extrudeur peut être positionné de 2 façons :

  • Directement connecté avec la tête d'impression, et on parle de "Direct Drive"
  • A distance, avec un tube de teflon qui part de l'extruder et qui va dans la tête de chauffe, on parle ici de "Bowden"


Sur la photo, en bas on voit un adaptateur pneufit. Un excellent réflexe est de mettre un clip entre la partie plastique et le corps en métal

Etape n°6 - La tête d'impression

La tête d'impression (hotend) est l'un des composants essentiels de votre imprimante. Elle reçoit le filament poussé par l'extrudeur, et le fait passer de l'état solide à un état plus visqueux.

Les principaux composants sont :

  • Le dissipateur de chaleur : Comme son nom l'indique, son rôle est de dissiper la chaleur. Mais il ne dissipe la chaleur que tant que le filament est dans la zone dite "froide" de la tête. A cette étape, le but est de conserver le filament dans son état "solide". Ce dissipateur ne sert donc qu'à garder la partie haute de la tête d'impression la moins chaude possible
  • Le heatbreak (ou point de rupture thermique) : C'est ici que le filament peut en théorie commencer à chauffer, et donc potentiellement à ramollir. Ce point. Il va donc passer de froid, à la température d'extrusion dans cette zone.
  • Le bloc de chauffe : Composé lui aussi de 3 éléments (corps de chauffe, cartouche, et thermistance) son rôle est de diffuser la température générée par la cartouche vers la buse, tout en restant en permanence sous contrôle de la thermistance, afin d'éviter toute surchauffe, ou baisse de la température.
  • La buse : La buse permet au filament fondu de couler et donc de réaliser votre impression. Selon le type de filament que l'on fait passer, une buse renforcée peut être nécessaire, afin d'éviter son abrasion.

Etape n°7 - La tête d'impression (bis) - Remplacement d'une buse

Un jour, vous aurez à remplacer la buse de votre imprimante. Pour démonter votre buse, et éviter des problèmes, voici une méthode qui fonctionne bien :

  • Faire chauffer votre buse à la température de sortie de votre filament
  • Avec une pince, maintenir le corps de chauffe, et débloquer avec une clé la buse du corps de chauffe, la desserrer un peu, attention, ça brule ;)
  • Une fois la tête froide, dévisser totalement la buse
  • Visser à la main la nouvelle buse, au max
  • Faire chauffer votre buse à la température de travail
  • En maintenant le corps de chauffe avec une pince, serrer la buse dans le corps de chauffe (pas trop fort non plus...)

Normalement, il ne devrait pas y avoir de problèmes de fuite....

Etape n°8 - Le plateau

Le plateau de votre imprimante est la zone sur laquelle vient se déposer votre pièce en cours de réalisation.

Il peut être chauffant ou non. Dans le cas d'un plateau chauffant, il est connecté à la carte mère de l'imprimante pour y prendre son alimentation électrique et y remonter sa température au travers d'une thermistance qui y est connectée.

Les matériaux du plateau peuvent être différents, le plateau peut être en aluminium et une zone de chauffe en silicone, .... On utilise un support d'impression, afin de ne pas imprimer directement sur le plateau

Etape n°9 - Le support d'impression

Encore une fois, une multitude de surfaces sont disponibles. Une étape indispensable pour obtenir une bonne impression est de bien niveler le plateau. le but étant d'arriver à avoir un espace ideal (généralement, 0,1mm) entre la buse et le support (en tous points du support)

Les plus fréquentes sont :

  • Le verre : Le verre est un support extrêmement lisse, qui permet de réaliser des impressions dont la basse va être brillante. Cette surface a comme avantage d'être facilement disponible, mais sont principal inconvénient est sa faible adhérence
  • le scotch bleu : Le plus vieil allié de l'imprimante 3D :) Il tombe en désuétude avec la très forte démocratisation des supports plus techniques. Il a encore ses adeptes :)
  • Les couches d'accroche : Il en existe des tas de type, Buildtack, PEI, Ultrabase, ...... Il est impossible d'en faire le tour, mais en cherchant bien, vous trouverez la surface d'impression que vous préférez. Chacune a ses avantages et inconvénients...

Notes et références

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