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Principe de fonctionnement de l’imprimante 3D

par Piaggio P7 » 11 juin 2021 20:50

Bonjour à toutes et à tous,

Voici une copie d'une ouverture que j'ai faite et afin que cela soit utile à d'autre, je crée ce nouveau sujet.

Quelles pièces fabriquerez-vous avec une imprimante 3D ?

On peut fabriquer des jouets, des outils, des pendules, des avions radiocommandés, tout !

Un petit poulpe sympa qu’on peut mettre à l’extrémité d’un doigt du fait dans un trou sous la tête.
Les enfants aiment bien.

Son nom : Cute Mini Octopus
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Voici un palonnier de servo de voiture radiocommandé.
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Vous pouvez aussi fabriquer des pièces de machines cassées introuvables dans le commerce ou à un prix prohibitif qui rendent les machines inutilisables.

Loquet de blocage de rallonge de table de jardin
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La seule difficulté est qu’il faut dessiner la pièce. Nous verrons plus loin comment faire.


La seule limite à la fabrication, c’est la taille de l’objet.
La taille maximale est limitée par l’imprimante.
En général la taille maximale des objets est un cube d’environ 20 cm de côté.

Vous pouvez trouver des imprimantes qui impriment des pièces bien plus grosses mais les problèmes qui apparaissent sont : les durées d’impression (plusieurs jours), le risque plus important d’avoir un problème d’impression (donc de perdre une quantité de matière importante et aussi de perdre un temps de fabrication plus important), d’obtenir un objet avec des dimensions inexactes.

Vous allez voir, c’est très facile d’imprimer des pièces.

Vous commencerez très certainement par imprimer des pièces pour améliorer votre imprimante 3D, des pièces pour tester ses performances, des objets esthétiques-utiles : pot de fleur, objet de décoration puis des objets complexes : avions radiocommandés.

Comment apprendre ?

Je vais vous proposer un guide de base pour utiliser une imprimante 3D : la Ender 3 et le slicer « Ultimaker Cura ». Je n’ai jamais utilisé d’autres imprimantes 3D et d’autres slicer.

Sur Youtube, il y a aussi beaucoup de tuto. Je vous recommande « Le GüeroLoco » et « Heliox » entre autres.

Le site ALL3DP est clairement une mine d’informations. Dans ce que je vous présente par la suite, beaucoup de choses ont été trouvées sur ce site. C’est un site qui me semble très sérieux.

Et peut-être que d’ici quelques temps vous pourrez tout trouver sur Andlil !
Ensuite c’est comme le trading et tout le reste : c’est en pratiquant que l’on devient bon !



Pourquoi utiliser l’impression 3D pour fabriquer des objets ?

L’impression 3D va donc être un moyen de réaliser des objets de formes complexes qui sans cette machine ne pourraient être fabriqués par des particuliers.

Dans l’industrie, l’impression 3D peut être utilisée pour faire des prototypes, des petites séries ou des objets qui doivent être très légers.
L’inconvénient c’est que ce type de fabrication est très lent comparé à l’injection. Il est donc réservé aux petites séries (petites quantités de pièces produites).

Un autre avantage de l’impression 3D, pour de la petite série, le temps total (conception pièce, fabrication pièce, mise en service) est plus court que pour l’injection plastique.
La conception du moule et sa fabrication pour l’injection nécessite du temps et de l’argent.
Cela a été prouvé lors de la première épidémie de Covid où les hôpitaux ont pu profiter des imprimantes 3D pour fabriquer des objets rapidement sans avoir à les importer d’Asie.

Origine et types d’impressions 3D

L’impression 3D a été inventé dans les années 80.
Tant que le brevet était valable, l’impression 3D est restée confinée.
Depuis le 28 janvier 2014 c’est dans le domaine public, ce qui a permis son développement et l’apparition d’imprimante 3D pour les particuliers.

Principe de base de l’impression 3D : empiler des couches de matière solidifiée.
Il existe, en simplifiant, 2 types d’imprimantes 3D :

- FDM (Fused Deposition Modeling) : ce sont les imprimantes les plus utilisées par les particuliers qui déposent un plastique en fusion sur un plateau.
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Une imprimante 3D de ce genre est composée de :

1. Un extrudeur
2. Un système d’entrainement du fil
3. Un système de déplacement de l’extrudeur et du plateau
4. Un support de pièces imprimées : le plateau
5. Un panneau de commande
6. Le filament

1. L’extrudeur.
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Descriptions des éléments en partant de l’endroit où sort le filament en fusion pour aller ensuite à là d’où il arrive, il est composé de :

- Une buse, si vous imprimez du PLA, une buse classique fera l’affaire. Si vous imprimez du PLA métal ou d’autres matériaux techniques il faudra des buses en acier trempé, de haute qualité.
La buse doit avoir un diamètre de sortie de la matière d’une dimension précise pour que la pièce obtenue soit aux bonnes dimensions. Dia mètre de sortie le plus courant 0,4 mm.
Il est possible que le trou s’agrandisse du fait de l’usure avec des filaments PLA métal, il faudra alors changer la buse
- La buse est montée dans le corps de chauffe. C’est une pièce en aluminium dans laquelle se trouve une résistance thermique (non représentée) qui va faire monter la température de la buse à la température de fusion du filament. Idéalement, il ne devrait y avoir que la buse à la température de fusion.
- En rouge vous avez le Heatbreak qui avec le radiateur vont bloquer la température élevée de la buse et empêcher que le filament entre en fusion trop en amont. Le filament en fusion étant visqueux, collant, si on a une trop grande quantité de matière en fusion, cela augmentera la difficulté pour le faire sortir.
- Ensuite vous avez le connecteur (ou presse étoupe) et la gaine de conduite du filament.
Vous remarquez que la gaine de conduite vient jusqu’à la buse.
Il peut être utile de changer la gaine pour une nouvelle supportant des températures plus élevées comme cela peut être nécessaire pour le nylon.
- Non représentés sur le schéma, vous avez 2 ventilateurs.
Le premier fonctionne tout le temps car il refroidit le radiateur afin que le fil ne soit pas en fusion ailleurs que dans la buse.
Le deuxième ventilateur sert à solidifier le filament en sortie de la buse. Par exemple si on veut faire le tablier d’un pont (impression la plus difficile) dès que le filament est sorti de la buse aussitôt il doit devenir solide. S’il reste liquide, il va tomber par gravité car il ne repose sur rien. Il faut donc le refroidir dès qu’il sort.
Par contre au début de l’impression il ne fonctionne pas car cela empêcherait le filament d’adhérer au plateau, ce qui est très embêtant.
- Non représenté, il y a aussi le thermocouple (thermomètre) qui va mesurer la température. Il faut prendre soin de ses petits fils sinon il ne fonctionnera plus.

2. Le système d’entrainement du fil

Le système d’entrainement du fil peut être situé juste à coté de l’extrudeur ou plus loin sur une partie fixe de l’imprimante 3D. Vous aurez alors une longue gaine qui va relier le système d’entrainement à l’extrudeur.

Lors de l’impression, suivant la position de la buse on peut vouloir :
- faire sortir du fil
- ne pas faire sortir du fil
- que le fil ne sorte pas du tout.

Lorsque l’on veut « imprimer » on fait sortir du fil.

Lorsque la buse se déplace entre 2 zones où on veut imprimer on ne fait pas sortir du fil durant ce déplacement.

Il arrive aussi qu’on ne veuille pas que le fil sorte pour qu’il n’y ait pas des fils fins non désirés qui apparaissent. Ce problème est le stringing ou hairy print.

Pour réaliser l’entrainement on a une roue dentée qui pousse le filament dans un sens ou l’autre.
Dans le cas où on ne veut pas que du fil sorte, on le fait rentrer, en inversant le sens de rotation de la roue dentée ! Cette roue dentée est montée sur un moteur pas-à-pas.

Idéalement c’est mieux que le système d’entrainement soit proche de l’extrudeur. Cela limite l’apparition de problème comme la gaine qui se détache du presse étoupe. Le fil sort alors de la gaine et l’objet n’est pas imprimé.
Lorsqu’on fait revenir en arrière le fil pour qu’il n’y ait pas de stringing avec une longue gaine c’est moins performant.


3. Un système de déplacement de l’extrudeur et du plateau

Pour réaliser l’impression, il faut donc faire bouger l’extrudeur par rapport au plateau.
Pour ce faire, très souvent l’extrudeur bouge de gauche à droite et de haut en bas, tandis que le plateau bouge d’avant en arrière.
Ce type de déplacement permet la mécanique la plus simple, la plus économique.

Idéalement, c’est mieux que seul l’extrudeur bouge.
Pour des objets hauts (18 cm) imprimés sur ma Ender 3, le déplacement du plateau a entrainé la chute d’une de ces pièces du fait de l’accélération importante lors des déplacements de l’extrudeur.

La génération des mouvements est réalisée par des moteurs pas-à-pas.
La transmission des mouvements se fait souvent par l’intermédiaire de courroies-pignons crantés ou de vis à billes.
Les vis à billes sont plus performantes que les courroies mais bien plus cher.
Les liaisons glissières sont réalisés avec des profilés alu et des roues en plastiques.
Sur les machines très haut de gamme, vous avez des rails de guidage coulissants linéaires montés sur roulements à billes.


4. Un support de pièces imprimées : le plateau

Le plateau est une partie essentielle (comme toute les autres !) de l’imprimante 3D et source de problème.

La première contrainte est qu’il faut que plateau soit bien parallèle au plan de déplacement horizontal de l’extrudeur.
Si ce n’est pas le cas, il y aura un problème d’adhérence ou la (les) première(s) couche(s) qui seront mal imprimée(s) et qui feront que l’objet ne présente pas les dimensions voulues.

Sur la Ender 3, il faut régler le positionnement du plateau.

L’autre contrainte capital est que la pièce doit adhérer, coller au plateau lors de l’impression.
Si la pièce ne colle pas au plateau, elle se décolle, se déplace et l’impression est fichue.
Il est donc capital que la pièce reste collée pendant l’impression et puisse se décoller lorsqu’elle est terminée !

La technique de base pour que la pièce colle est que le plateau soit chaud.
La température dépend principalement du filament mais aussi de l’imprimante, de la température de la salle dans laquelle vous imprimez …
Sur ma Ender 3, le plateau est toujours à 60°C alors qu’il est recommandé une température de 50°C.

Il arrive que la température ne soit pas suffisante pour que cela adhère. Les solutions peuvent être : changer le matériau du plateau en verre trempé, mettre de la colle bâton UHU, de la laque à cheveux, du scotch de masquage de peintre …


5. Un panneau de commande

Le panneau de commande est nécessaire surtout si l’imprimante n’est pas branchée au PC.
Dans tous les cas cela a son utilité pour savoir quels sont les températures de la buse et du plateau.
Ça permet aussi de faire la maintenance de l’imprimante, de tester le fonctionnement des différents composants.
Si votre imprimante 3D n’est pas branchée sur votre PC et se trouve dans une autre salle de la maison, il faudra utiliser une carte SD pour y transférer les programmes et les faire lire par l’imprimante 3D.


6. Le filament

Le matériau que l’on va utiliser pour imprimer se présente sous la forme d’une bobine de filament d’un de 1,75 mm de diamètre et d’une masse d’un kilo, le plus souvent.
Le diamètre peut aussi être de 2,85 mm.
Le diamètre du fil doit être le plus précis possible sinon l’imprimante ne déposera pas la bonne quantité de matière.
Clairement la qualité du fil a une importance. Un fil de mauvaise qualité va par exemple empêcher que les couches se collent les unes sur les autres. Cela m’est déjà arrivé.
Pour ceux qui veulent faire des objets dont la seule contrainte est la beauté, le PLA conviendra.
Sinon il y a d’autres matériaux plus performants décris par la suite mais bien plus complexes à imprimer.
J’ai toujours utilisé du PLA. Actuellement j’imprime du PLA de marque Geeetech. Il semble qu’il y ait de très nombreux autres fabricants de qualité.





- SLS (Selective Laser Sintering) :

L’autre type d’imprimantes 3D est plus onéreux ou beaucoup plus onéreux !
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Le matériau que l’on veut imprimer se présente sous la forme de résine liquide.
Lorsque le laser viendra éclairer la résine, celle-ci se polymérisera, c’est-à-dire se solidifiera.
Le plateau de fabrication vient se positionner sous la surface de la résine à une distance correspondant à l’épaisseur d’une couche d’impression. Ensuite le laser parcourt la surface aux endroits ou l’objet à imprimer a de la matière. Là où le laser n’est pas passé, la résine reste liquide. Quand la première couche a été entièrement parcourue par le laser, le plateau descend d’une distance correspondant à l’épaisseur d’une couche puis le laser parcourt de nouveau les zones où l’objet à imprimer a de la matière. Et ainsi de suite jusqu’à la dernière couche. Ensuite on sort la pièce, on la nettoie de la résine qui adhère encore à la pièce et c’est fini, on peut utiliser l’objet.

L’impression des métaux fonctionne de la même manière sauf qu’au lieu d’avoir de la résine liquide on a de la poudre du métal à imprimer. La poudre est constituée de particules extrêmement fines et à priori extrêmement toxique.





Ecologie et matières imprimables

Les matières imprimables peuvent être :

PLA acide polylactique (le PLA existe aussi en différents types : PLA bois, PLA métal). C’est le matériau majoritairement utilisé. A priori le PLA est écologique car il est produit à partir d’amidon de maïs.
Toutefois dans les bobines de PLA il y aussi des colorants et peut-être d’autres éléments pour améliorer ses caractéristiques. Dans ce cas il n’est plus certain que l’impression du PLA ne soit pas nocive. Pour être tranquille mieux vaut ne pas imprimer dans une pièce de vie.

Objet fait avec du PLA bois

40 % de bois 60% de PLA
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PLA Cuivre

80% de cuivre 20% de PLA
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Toutes les autres matières sont à priori polluantes, sauf la dernière !

ABS (la matière des pièces de Lego). C’est le deuxième matériau le plus utilisé.

PETG (les bouteilles d’eau),
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Nylon,
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TPE, TPU, TPC,

Polycarbonate, résine, bioFila, conducteur, phosphorescent, magnétique, changeant de couleur en fonction de la température, céramique, fibre de carbone ….


Impression en 3D de l’acier
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Exemple objets métalliques.png (166.23 Kio) Vu 72 fois

La pièce en haut à gauche est fabriquée avec les vieilles méthodes. Celle en bas à droite a été conçu pour être imprimée et l’a été. Elle peut être plus légère de 20%.

Des entreprises commencent à imprimer des maisons en déposant du béton.

Dans le médical, l’impression 3D commence à prendre de l’importance avec l’impression de peau réelle ou de partie d’os disparues à remplacer par des pièces en résine.

On peut aussi utiliser une imprimante 3D pour imprimer un dessert !!
Dans une seringue asservie (c’est-à-dire commandée par ordinateur) on fait sortir du chocolat et on obtient le gâteau à la forme souhaitée.
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Pour plus d’informations sur les matériaux, allez visiter la page consacrée chez « all3dp ».

N'hésitez pas à poser des questions, j'y répondrai autant que je le pourrai !

Clairement l'impression 3D, ça peut occuper les périodes d'attentes entre 2 trades.

Bonnes impressions et trades à toutes et à tous

Re: Principe de fonctionnement de l’imprimante 3D

par ChristelleP » 17 juin 2021 05:19

merci Piaggio :top:

Re: Principe de fonctionnement de l’imprimante 3D

par ChristelleP » 17 juin 2021 05:54

Piaggio,,
Spoiler:
J'ai sauvegardé deux ouvertures fabuleuses que tu avaient faites la semaine dernière :
l-art-a-la-prehistoire-t44087.html
les-livres-de-m-jamin-t44088.html

Re: Principe de fonctionnement de l’imprimante 3D

par Francis1 » 17 juin 2021 07:21

Merci

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