Introduction à l'impression 3D
Qu'est-ce que l'impression 3D FDM ?
La modélisation par dépôt de matière fondue (FDM) est la forme d'impression 3D la plus utilisée dans les foyers du monde entier. Ce procédé consiste à extruder une matière thermoplastique fondue couche par couche, en laissant chaque couche refroidir et se solidifier avant d'ajouter la suivante.
Le FDM est une méthode de fabrication additive, à l'opposé des procédés soustractifs comme l'usinage CNC. Plutôt que d'enlever de la matière à partir d'un bloc solide, le FDM n'utilise que la matière nécessaire à la pièce elle-même, à l'exception des structures de support utilisées pour les porte-à-faux. Ces supports sont retirés et éliminés après l'impression.
L'originalité de l'impression FDM réside principalement dans trois domaines clés : le matériau utilisé, le logiciel de tranchage qui convertit les modèles 3D en instructions G-code, et le système d'extrusion. D'autres composants comme les moteurs et les cartes de contrôle ne sont pas exclusifs au FDM et sont courants dans de nombreuses méthodes de fabrication numérique.
Avantages de l'impression FDM
L'impression FDM est considérée comme l'une des méthodes d'impression 3D les plus abordables et accessibles. Comparés à d'autres technologies, telles que la SLA ou l'impression résine, les machines et les matériaux sont plus économiques. Bien que les prix des imprimantes résine aient baissé ces dernières années, elles offrent généralement des volumes de construction plus petits, impliquent des consommables plus coûteux et sont généralement moins conviviales.
La variété de matériaux disponible pour le FDM est vaste. Les options incluent des filaments flexibles, des mélanges à fibre de carbone, du nylon, du polycarbonate, des matériaux résistants aux UV et aux intempéries. De nombreux matériaux haute température sont également disponibles, bien qu'ils nécessitent souvent des environnements clos et chauffés activement. Avec des centaines de types de filament sur le marché — chacun offrant des caractéristiques uniques comme la résistance, la flexibilité et la résistance thermique — il est possible de trouver un matériau adapté à presque toute application, à condition que l'imprimante soit équipée d'un extrudeur et d'un hotend compatibles.
Comparé aux procédés d'impression à base de résine, le FDM est également beaucoup plus propre et plus facile à utiliser. Il évite la manipulation de produits chimiques toxiques et implique généralement moins de post-traitement. Cela fait du FDM une option plus adaptée aux débutants et mieux adaptée à une utilisation occasionnelle ou domestique.
Comprendre le mouvement des axes en impression FDM
En impression 3D FDM, l'orientation des axes peut être peu familière pour ceux qui ont une formation en géométrie ou en mécanique générale. L'axe X déplace l'outil de gauche à droite, l'axe Y le déplace d'avant en arrière, et l'axe Z contrôle le mouvement vertical. Bien que cela puisse sembler contre-intuitif, cette convention de dénomination est standard dans la communauté de l'impression 3D.
Les configurations d'axes les plus courantes sont basées sur des conceptions cartésiennes et CoreXY. Les imprimantes cartésiennes fonctionnent avec chaque axe contrôlé indépendamment par son propre moteur pas à pas. Typiquement, la plate-forme de construction se déplace dans la direction Y, tandis que le hotend se déplace dans la direction X. L'ensemble du chariot se déplace dans la direction Z. Ces imprimantes sont souvent appelées « bed slingers ».
Certaines machines, comme la série Ender 5, utilisent un mouvement moteur de style cartésien mais ont une plate-forme de construction qui se déplace verticalement. Celles-ci sont souvent regroupées avec les imprimantes de type « portique » pour simplifier. En général, les imprimantes dont le lit se déplace verticalement sur l'axe Z sont considérées comme de type portique, tandis que celles dont le lit se déplace d'avant en arrière sur l'axe Y sont considérées comme de style cartésien ou plus familièrement comme des « bed slingers ».
Les machines CoreXY diffèrent en ce que les axes X et Y sont synchronisés via un système de courroies entraîné par deux moteurs pas à pas. Cela permet un mouvement plus fluide, réduit le gîte en Z et améliore la stabilité — en particulier lors d'impressions plus rapides. Les imprimantes CoreXY gagnent en popularité grâce à ces avantages et se retrouvent désormais sur des modèles comme les séries Bambu Lab X1 et P1.
Des imprimantes telles que l'A1 et l'A1 Mini continuent d'utiliser des configurations de style cartésien et sont connues comme des « bed slingers ».
Les imprimantes Delta fonctionnent selon un principe entièrement différent, utilisant trois bras disposés en triangle pour positionner l'extrudeur au-dessus du plateau d'impression. Bien qu'elles puissent offrir une impression à grande vitesse et une excellente qualité, elles nécessitent des cadres plus hauts et sont moins compactes que les alternatives cartésiennes ou CoreXY. Ces machines sont beaucoup moins couramment utilisées en raison des exigences d'espace et d'installation, mais elles sont capables d'excellents résultats.
Types d'extrudeurs : Direct vs Bowden
Les imprimantes FDM utilisent l'un des deux types d'extrudeurs : entraînement direct ou Bowden. Un extrudeur à entraînement direct alimente le filament directement dans le hotend à partir d'un moteur monté sur la tête d'impression. En revanche, un extrudeur Bowden utilise un moteur distant pour pousser le filament à travers un tube en PTFE jusqu'au hotend.
Les systèmes Bowden réduisent le poids de la tête d'impression, permettant des mouvements plus rapides. Cependant, ils peuvent rencontrer des difficultés avec des matériaux comme le TPU (filament flexible) et nécessitent souvent un réglage précis des paramètres de rétraction pour éviter le stringing. Les extrudeurs directs offrent une meilleure précision, une utilisation plus aisée avec les matériaux flexibles et, en général, un contrôle d'extrusion amélioré.
Les avancées récentes de l'industrie, telles que la compensation des vibrations, ont rendu le désavantage de poids des systèmes à entraînement direct moins significatif. En conséquence, de plus en plus de fabricants proposent désormais des modèles abordables avec des configurations à entraînement direct, et les configurations Bowden deviennent moins courantes.
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