Quels sont les composants d’une imprimante 3D ?

L’idéal pour entrer dans le monde de la 3D et découvrir les possibilités offertes par cette technologie est de comprendre l’imprimante 3D elle-même et la fonctionnalité de chaque composant. C’est pourquoi, dans cet article, nous allons parcourir les types d’imprimantes disponibles sur le marché, les parties de la machine avec leur fonction correspondante et les parties susceptibles d’être modifiées pour améliorer les performances de l’imprimante.

Structure

La structure d’une imprimante repose sur l’ensemble des pièces qui constituent le support de l’appareil et où sont fixés les autres composants de la machine. Il est donc essentiel que cette structure soit solide et rigide.

Une bonne structure garantira la stabilité dans le contrôle des mouvements, assurant un calibrage optimal de la machine. Par conséquent, une structure faible entraînera des problèmes tels que des vibrations pendant l’impression, ce qui réduit la qualité et limite la vitesse d’impression, un mauvais alignement du lit, etc.

Plusieurs types de structures sont disponibles. Certains modèles ont une structure en planches de bois (pour le MDF) qui est assemblée avec des vis ou de la colle. D’autres modèles ont une structure faite de panneaux de méthacrylate. Ces deux matériaux ne sont pas recommandés en raison de leur faible rigidité et du manque de précision des matériaux et des assemblages.

Les structures les plus courantes sont les profils en aluminium en raison de leur facilité d’assemblage, de leur rigidité et de leur précision (ils ne génèrent pratiquement aucun jeu dans la machine). Toutefois, il existe d’autres options recommandées, telles que les structures réalisées en matériaux phénoliques compacts à haute résistance. La rigidité de ce matériau offre une stabilité idéale pour l’imprimante afin d’éviter le tangage ou le déplacement du cadre pendant l’impression.

Mécanique du mouvement

Il est essentiel que les pièces chargées de guider le mouvement dans l’imprimante soient de bonne qualité pour garantir une résolution d’impression optimale.

Le système de mouvement est chargé de déplacer la tête d’impression pour pouvoir imprimer dans le plan XY et dans l’axe Z, en générant la superposition des couches et en formant la pièce en question. Les éléments qui transmettent les mouvements sont appelés axes (par rapport aux axes cartésiens X, Y et Z).

Tiges et roulements

Ce sont les éléments qui guident les parties mobiles. Il s’agit de tubes généralement en acier inoxydable ou en acier chromé dans lesquels les pièces se déplacent grâce à des roulements à billes.

Ces tiges sont généralement de bonne qualité, mais l’utilisation d’acier inoxydable est recommandée car les tiges en acier chromé s’usent beaucoup plus vite. En ce qui concerne les roulements, il est important de choisir des pièces de haute qualité, car elles influenceront grandement l’impression et éviteront les rayures de tige, les bourrages et les bruits dans l’imprimante.

Certains modèles d’imprimantes sont dotés de profils en aluminium qui permettent d’éviter l’utilisation de tiges et de broches grâce à leur profil Vslot.

Ces profilés présentent des rainures en V dans lesquelles circulent des roues en caoutchouc munies de roulements, le profilé servant ainsi de structure et de guide linéaire.

Ce système est très rentable et offre des performances adéquates. L’inconvénient de ce système est que les profils s’usent avec le temps et que les roulements doivent être fréquemment ajustés.

Courroies

Ce sont les éléments qui transmettent le mouvement du moteur à l’élément mobile. Les courroies en caoutchouc bon marché posent souvent des problèmes car elles ne sont pas correctement tendues, ce qui entraîne un mouvement instable. Il est donc recommandé d’investir dans des courroies de qualité, telles que les courroies renforcées de fibres de verre, qui offrent rigidité et bonnes performances.

Broches

Ce sont les éléments qui guident le mouvement dans l’axe Z, c’est-à-dire le mouvement vertical de l’extrudeuse. Certaines imprimantes sont dotées de moteurs avec des vis intégrées qui empêchent les oscillations possibles dans le mouvement Z.

Extrudeurs

L’extrusion est le processus essentiel de l’impression 3D. Grâce à ce processus, le filament se transforme en couches d’une pièce imprimée en raison du changement d’état du matériau. L’extrudeuse doit donc être de qualité optimale pour garantir la fiabilité de l’imprimante en question.

Le système d’extrusion se compose de plusieurs éléments. L’extrudeuse se compose du moteur, du système d’engrenage et du fondoir et est chargée de pousser le filament à travers les éléments de transmission du mouvement.

Le fondoir ou hotend est chargé de faire fondre le matériau et de l’éjecter par la pointe. Le fondoir est composé de la buse, de l’élément chauffant ou bloc thermique et du dissipateur thermique.

Il existe deux types d’extrudeuses. D’une part, il y a l’extrudeuse directe, lorsque l’extrudeuse est juste au-dessus du fondoir, les deux étant intégrés dans la tête de sorte que les deux se déplacent ensemble.

D’autre part, il y a le bowden, lorsque l’extrudeuse est séparée du fondoir. Dans ce cas, le filament est acheminé de l’extrudeuse au fondoir par un tube.

Les extrudeuses directes sont les plus recommandées car elles permettent un meilleur contrôle du filament, sont plus solides et plus fiables. Le système bowden, en revanche, présente l’avantage que le fondoir ne charge pas l’extrudeuse et peut théoriquement offrir des vitesses plus élevées et des vibrations plus faibles.

Plusieurs aspects doivent être pris en compte lors du choix d’un système d’extrusion, tels que la qualité de l’usinage, la conception de la gorge, de la barrière thermique ou du barillet (partie où s’opère le changement d’état de la matière), du dissipateur thermique (avec ou sans ventilateur) et de la buse.

Électronique

L’électronique désigne les éléments qui font fonctionner l’impression, tels que la plaque de base, les moteurs, le lit ou les capteurs.

Plaque de base

Aujourd’hui, la carte mère est généralement spécifique à chaque imprimante.

La seule différence entre eux réside dans les pilotes qu’ils utilisent, car ce sont eux qui fournissent la puissance nécessaire aux moteurs.

La carte mère est chargée d’allumer et d’éteindre l’imprimante, d’interpréter les instructions du code, de piloter les moteurs, etc. Parmi ses composants, on trouve le processeur (qui effectue les calculs nécessaires au fonctionnement de l’imprimante), les contrôleurs de moteur (mosfets et contrôle de la puissance), les connexions USB et l’écran LCD avec lecteur de carte SD (pour interagir facilement avec l’imprimante).

Lit chauffant

Le lit chaud est un élément pratique pour travailler avec des matériaux plus techniques ou dans des environnements froids. Selon le matériau, la température du lit sera l’une ou l’autre et sera réglée par les instructions du dossier.

Ce système garantit que les pièces adhèrent au lit chaud et que, lorsque le lit refroidit, il est facile de les décoller. Il en existe plusieurs types : PCB (circuit imprimé), PCB avec aluminium (l’aluminium répartit mieux la température sur le lit) et d’autres types avec des caractéristiques supplémentaires.

Panneau de contrôle

Le panneau de commande est le moyen de communiquer avec l’imprimante. À partir de là, vous pouvez contrôler des propriétés telles que la température, le mouvement des axes, l’étalonnage ou la mise à niveau du lit.

Alimentation électrique

L’alimentation électrique est l’élément qui convertit le courant alternatif du secteur en courant continu à la tension appropriée dont l’imprimante a besoin pour fonctionner. Les alimentations 12V sont généralement utilisées pour les imprimantes de petite et moyenne taille.

Les alimentations 24V sont recommandées pour les imprimantes plus grandes, car elles nécessitent plus de puissance pour fonctionner à des intervalles plus longs.

Capteur inductif

Enfin, le capteur inductif est l’élément qui compense les déviations du lit chaud. Ce composant permet de régler plus précisément la mise à niveau de la base et la distance par rapport à la plate-forme d’impression.

Il est conseillé de s’assurer que les moteurs de l’axe Z sont alignés de manière à ce que la base soit parallèle aux mécanismes de déplacement et pour garantir le fonctionnement du capteur.

Les imprimantes de la société ABAX sont un bon exemple d’équipement d’impression offrant les meilleures performances du marché.

Ils disposent de deux gammes de machines en fonction de l’environnement de l’utilisateur : PRi3 et PRi5 pour les particuliers et Titan300 et Titan500 pour les environnements professionnels. Ces machines ont une structure rigide et solide, un lit de 310 x 310 x 500 mm d’espace d’impression utilisable et peuvent imprimer dans une résolution allant jusqu’à 50µ.

De plus, ils disposent d’une fonction d’auto-nivellement au moyen d’un capteur inductif et d’un hotend qui atteint 265ºC (ce qui permet d’imprimer sur de multiples matériaux comme le PLA, l’ASA, le PETG ou le Nylon, entre autres). Les machines de ce fabricant possèdent des caractéristiques qui garantissent une impression de haute qualité à tout utilisateur, qu’il soit amateur ou professionnel.