Extrudeurs

L'extrudeuse est le composant central de toute imprimante 3D FDM, responsable de l'alimentation et du dépôt du filament couche par couche. Des systèmes Bowden légers aux configurations à entraînement direct robustes, la conception de l'extrudeuse influence profondément la qualité d'impression, la compatibilité des matériaux et la vitesse. Voici un guide complet sur le fonctionnement des extrudeuses, leurs principaux types et les pratiques d'entretien essentielles.

Comment fonctionnent les extrudeuses d'imprimantes 3D

La fonction principale de l'extrudeuse est de pousser le filament vers le hotend, où il fond et sort par la buse. Ce processus implique :

1. Alimentation du filament: Un moteur pas à pas entraîne des engrenages pour saisir et avancer le filament.

2. Fusion: Le hotend chauffe le filament jusqu'à son point de fusion (par ex. 200 °C pour le PLA) après son alimentation par l'extrudeuse.

3. Extrusion: Le plastique fondu est forcé à travers la buse, déposant le matériau sur le plateau.

4. Adhésion des couches: Un ventilateur de refroidissement solidifie le matériau, permettant l'adhérence des couches.

Les composants clés incluent le pignon d'entraînement (pousse le filament), tendeur (applique la pression), hotend (fond le filament), et buse (donne la forme au matériau extrudé).

Types d'extrudeuses : Bowden vs. Entraînement direct

1. Extrudeuses Bowden

• Conception: Le moteur pas à pas est monté sur le châssis de l'imprimante, le filament étant acheminé à travers un tube PTFE vers le hotend.

• Avantages:

  • Réduction du poids de la tête d'impression pour des vitesses plus élevées et une diminution des rémanences.

  • Idéal pour les filaments rigides comme le PLA et le PETG.

• Limitations:

  • Mauvaise gestion des filaments flexibles (par ex. les TPU se bouchent en raison du frottement dans le tube).

  • Distances de rétraction plus élevées nécessaires pour prévenir les fils.

2. Extrudeuses à entraînement direct

• Conception: Le moteur pas à pas est monté directement sur la tête d'impression, minimisant la longueur du trajet du filament.

• Avantages:

  • Contrôle supérieur pour les filaments flexibles (TPU, TPE).

  • Des distances de rétraction plus faibles améliorent la clarté d'impression.

• Limitations:

  • Une tête d'impression plus lourde limite la vitesse maximale.

  • Nécessite une conception de châssis robuste pour gérer l'inertie.

Graphique Extrudeuse Directe vs Bowden par Kingroon

Conceptions et fonctionnalités avancées d'extrudeuses

Les extrudeuses modernes améliorent les performances grâce à des mécanismes spécialisés :

• Systèmes à double engrenage: Utilisent des engrenages synchronisés pour une prise constante, réduisant le glissement du filament.

• Boîtes de vitesses orbitales: Employent des réductions d'engrenage compactes pour un couple élevé dans des ensembles légers.

• Options haute température: Intègrent un refroidissement liquide pour des températures de buse allant jusqu'à 500 °C, permettant l'impression de PEEK et PEI.

• Gestion des filaments abrasifs: Des engrenages et buses en acier trempé sont essentiels pour les composites renforcés de fibres de carbone ou de verre.

Dépannage des problèmes courants d'extrudeuse

Sous-extrusion

• Causes: Buse bouchée, prise insuffisante par l'extrudeuse ou paramètres incorrects du trancheur.

• Solutions:

  • Nettoyer la buse et le tube Bowden.

  • Augmenter la température de la buse ou le débit.

  • Calibrer les pas E pour assurer une alimentation précise du filament.

Broyage du filament

• Causes: Engrenages usés, pression excessive du tendeur ou diamètre de filament incorrect.

• Solutions:

  • Remplacer les engrenages d'entraînement usés.

  • Ajuster la tension du tendeur pour équilibrer la prise et la déformation du filament.

Cordage/Écoulement

• Causes: Température excessive de la buse ou rétraction inadéquate.

• Solutions:

  • Optimiser la distance de rétraction (1–2 mm pour l'entraînement direct ; 4–6 mm pour Bowden).

  • Activer le coasting dans les paramètres du trancheur.

Meilleures pratiques d'entretien

• Nettoyage régulier: Enlever les débris des engrenages et des chemins du filament à l'aide de brosses ou d'air comprimé.

• Lubrification: Appliquer une quantité minimale de graisse PTFE sur les engrenages pour réduire les frictions.

• Stockage du filament: Conserver les matériaux hygroscopiques (nylon, PC) dans des boîtes sèches pour prévenir l'absorption d'humidité.

• Contrôles de la buse: Inspecter l'usure lors de l'impression de matériaux abrasifs ; remplacer les buses en laiton par des variantes trempées si nécessaire.

Choisir la bonne extrudeuse

Application	Type d'extrudeuse recommandé
Filaments flexibles	Entraînement direct
Impression grande vitesse	Bowden
Composites abrasifs	Double engrenage avec composants trempés
Haute température	Refroidi par liquide