Introduction à l'impression 3D

Qu'est-ce que l'impression 3D FDM ?

Le modélisation par dépôt fondu (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.

La FDM est une méthode de fabrication additive, opposée aux procédés soustractifs comme l'usinage CNC. Plutôt que d'enlever de la matière sur un bloc solide, la FDM n'utilise que le matériau nécessaire à la pièce elle-même, à l'exception des structures de support utilisées pour les porte-à-faux. Ces supports sont retirés et jetés après l'impression.

L'originalité de l'impression FDM réside principalement dans trois domaines clés : le matériau utilisé, le logiciel de découpe (slicer) 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 à la FDM et sont communs à de nombreuses méthodes de fabrication numériques.

Avantages de l'impression FDM

L'impression FDM est considérée comme l'une des méthodes d'impression 3D les plus abordables et accessibles. Comparée à d'autres technologies, telles que la SLA ou l'impression résine, tant les machines que les matériaux sont plus économiques. Bien que les prix des imprimantes résine aient chuté 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 la 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 fermés 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.

Comparée aux procédés d'impression à base de résine, la FDM est également beaucoup plus propre et plus facile à utiliser. Elle évite la manipulation de produits chimiques toxiques et implique généralement moins de post-traitement. Cela rend la FDM plus adaptée aux débutants et plus adaptée à un usage occasionnel ou domestique.

Comprendre le mouvement des axes en impression FDM

En impression 3D FDM, l'orientation des axes peut être méconnue de ceux ayant 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 nommage est standard au sein de 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, le plateau 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 » (à plateau mobile).

Vue aérienne d'une imprimante « bed slinger »

Certaines machines, comme la série Ender 5, utilisent un mouvement moteur de style cartésien mais ont un plateau de construction qui se déplace verticalement. Celles-ci sont souvent regroupées avec les imprimantes « de type portique » par simplicité. En général, les imprimantes dont le plateau se déplace verticalement sur l'axe Z sont considérées comme de type portique, tandis que celles dont le plateau 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 se distinguent en ce que les axes X et Y sont synchronisés via un système de courroies entraîné par deux moteurs pas à pas. Cela permet des mouvements plus fluides, réduit le wiggle 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 dans 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 type cartésien et sont connues sous le nom de « bed slingers ».

Les imprimantes Delta fonctionnent sur 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 des impressions 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 (direct drive) ou Bowden. Un extrudeur à entraînement direct alimente le filament directement dans le hotend depuis 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 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 exigent souvent un réglage précis des paramètres de rétraction pour éviter les fils. Les extrudeurs directs offrent une meilleure précision, une utilisation plus aisée avec les matériaux flexibles et un contrôle d'extrusion généralement 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.

En savoir plus sur Les extrudeurs.

Résumé

• La modélisation par dépôt fondu (FDM) est un procédé d'impression 3D additif qui extrude une matière thermoplastique fondue couche par couche, permettant à chaque couche de se solidifier avant d'ajouter la suivante.

• Contrairement aux méthodes soustractives comme l'usinage CNC, la FDM n'utilise que la matière nécessaire à la pièce plus des supports temporaires, ce qui la rend efficace et peu génératrice de déchets.

• L'impression FDM dépend de trois facteurs principaux : le matériau du filament, le logiciel de découpe qui produit le G-code, et le système d'extrusion ; d'autres composants comme les moteurs sont partagés avec d'autres types de fabrication.

• C'est la méthode d'impression 3D la plus abordable et accessible, offrant une large gamme de matériaux incluant des filaments flexibles, renforcés et haute-température, adaptés aux amateurs comme aux professionnels.

• Les imprimantes FDM existent en plusieurs systèmes de mouvement : cartésien (« bed slinger »), portique, CoreXY (synchronisation par courroie pour un mouvement plus fluide) et Delta (positionnement par bras triangulaire pour la vitesse et la précision).

• Les extrudeurs sont soit à entraînement direct (moteur fixé au hotend pour le contrôle des filaments flexibles) soit Bowden (moteur distant pour des mouvements plus légers et rapides), les améliorations modernes favorisant les configurations directes pour leur polyvalence.