Qu'est-ce qui fait une bonne imprimante?

[Nagawica]

Je me permet de lancer un sujet pour avoir l'avis des personnes expérimentées qui errent sur ce forum, et des autres bien sûr!
Je précise avant tout que je suis novice dans le monde l'impression 3D, je n'ai même pas encore reçu ma première imprimante.

Ma question est :
Qu'est ce qui fait une bonne imprimante?
Qu'est ce qui fait qu'une imprimante est jugée "bonne" ou "mauvaise"?
Qu'est ce qu'on attend d'une imprimante 3D?
Le but de cette réflexion est de pouvoir cibler les défauts, les axes d'améliorations, etc.

Hypothèses de départ :

1. La précision. L'imprimante doit être précise. Il me semble que c'est le point le plus important, le but principal
2. La qualité de la matière imprimée
3. La vitesse. Parallèlement à la précision, la vitesse d'impression est un critère important. Le but sera de trouver le bon compromis entre vitesse et précision

Sauf erreur de ma part, l'imprimante se résume à ces trois points. Il y a bien évidemment beaucoup d'autres points, mais qui sont plus de l'ordre des options (pour que la matière choisie accroche, le volume d'impression, la facilité de réglage, etc.)
Vient donc la partie "comment?"

Qu'est-ce qui rend une imprimante précise?

Là, c'est la partie où les experts pourront éclairer nos lanternes
Pour le peu que j'en sais :

1. Le pas de déplacement de la buse d'impression, voire du plateau lorsqu'il est mobile
2. La finesse de la buse d'impression (désolé si ce n'est pas le terme exacte)
3. Les mouvements parasites, sans lesquels le déplacement pourrait être considéré comme parfait, identique au déplacement théorique.
   Ces mouvements sont principalement créés par les éléments mécaniques, et les contraintes imposées lors du déplacement. Donc rigidité de la structure, engrenages, courroies, etc.

Qualité de la matière imprimée

Sur ce point, je ne sais pas grand chose. Je suppose que c'est essentiellement des réglages, donc lié à la carte électronique.

 

Voilà où j'en suis de ma réflexion .
Si je n'ai pas dit trop d'âneries, il me reste à comprendre les éléments mécaniques (qui fait quoi), électroniques, et les limitations physiques (tailles minimales, forces, etc.)

Merci à ceux qui sauront m'aider dans cette analyse!

PS : j'ai mis dans un premier temps de côté l'aspect "vitesse d'impression", qui me semble lié à d'autres aspects qui seront déjà abordés.
 

[J-Max.fr]

Bonjour,

Excellente question @Nagawica ! 
En effet, il ne s'agit pas de déposer du filament fondu théoriquement au bon endroit pour faire une bonne machine.
Et tu as raison, la première chose qu'on demande à une machine numérique, c'est la précision.
Elle seule peut permettre une bonne qualité d'impression. Et de la maintenir à bonne vitesse, car les temps d'impression sont longs en technologie additive.
Inutile de passer plus de temps que nécessaire. Une bonne imprimante 3D est simplement une machine qui imprime vite et bien.
Qualité et Performance.

Il faut bien distinguer deux choses :

1. la résolution, qui est théoriquement ce qu'est capable d'atteindre une machine. Elle est issue d'un calcul mécanique basique (et souvent optimiste).
2. la précision, qui elle est le résultat qui dépend de la résolution amputé de tous les petits défauts amenés par les tolérances diverses...

Je vais prendre un exemple, tu as une buse de 0.5mm. Elle ne fera jamais précisément un tracé de 0.5mm avec du filament fondu.
Déjà la quantité de filament ne sera jamais aussi régulière (comme un trait de crayon sur du papier).
Ensuite, il faut que le filament adhère, donc il faut légèrement l'écraser sur la surface précédente.
Si le chemin de la buse fait un angle à 90°, tu te doutes bien que le coin sera arrondi du diamètre de la buse + écrasement. Donc pas vraiment pointu.
Ensuite il y a l'épaisseur de la couche qui a aussi son influence.
Bref, tu comprends qu'entre la théorie et la pratique, il y a un delta.

Quelques mots sur la résolution, et particulièrement celle avancée par les revendeurs/constructeurs.
(Tiens, fait marrant, je recherchais les spécifications techniques de la Dagoma que j'ai consulté et commenté hier, elles ont disparu du site...)
De mémoire (et j'espère qu'on me pardonnera si je me suis trompé de quelques 0.3µ) la marque annonçait une résolution en Z de 1.5µ. Wow.
Déjà on excède la résolution d'une machine expérimentale de laboratoire à quelques centaines de milliers d'Euros.
Mais le ridicule ne tue pas, j'en suis la preuve vivante.

Donc, difficile de connaitre précisément les composants de la machine, mais essayons de retrouver de quel chapeau sort cette valeur...
On sait que pour une transmission à vis le calcul est le suivant : pas de la vis en mm / nombre de pas par tour moteur.
A vue de nez la Dagoma a des moteurs 200 pas et des vis métriques 8mm donc un pas de 1.25mm. Calcul 1.25mm/200 pas = 6.25µ par pas moteur.
Aie, on est loin des 1.2µ sauf si l'on inclut un peu de microstepping dans le calcul : pas de la vis / (nombre de pas moteur * microstepping)
Pas besoin d'un gros microstepping pour un moteur en Z, disons une valeur de 8 micropas. Calcul 1,25/(200*8)=1,5625µ
Tiens, on les a retrouvés ! Sauf qu'un moteur pas à pas ne peut se maintenir précisément que sur son pas et son demi-pas.
En clair, il est juste uniquement avec un mircostepping de 2, car il peut se situer sur l'aimant ou entre les deux aimants,
même s'il est capable de passer par des valeurs intermédiaires.
D'ailleurs toutes les valeurs intermédiaires ne sont jamais exactes, soit au dessus de la valeur, soit en dessous selon qu'on soit près du pas ou du demi-pas.
Donc la même vis ne pourra jamais s'arrêter précisément sur 1,5µ (arrondi) aussi fine l'interpolation soit elle.

Sur le papier elle est sensée l'atteindre, mais la machine ne le peut pas, loin de là. C'est même mauvais pour la qualité d'impression
car les couches ne seront jamais égales, tandis que l'extrudeur délivrera le même volume de filament à chaque couche.
Ce qui nous amène au deuxième point : la mécanique et les composants !

Pour être précise, la machine doit pouvoir compter sur deux choses : une bonne structure et de bons composants.
Une bonne structure doit être inerte, c'est à dire ne pas changer de géométrie ni dans le temps, ni avec la sollicitation de la mécanique.
Or une imprimante 3D fait de fréquents changements de direction d'impression, parfois à haute vitesse.
La structure doit donc être suffisamment rigide pour encaisser les forces des éléments en mouvements,
et ne pas non plus entrer en résonance sous les vibrations engendrées par eux.

Les composants quant à eux doivent avoir la tolérance la plus faible. Une barre cylindrique chinoise peut avoir une variation de diamètre de +-0.2mm.
Entendez qu'une barre de 8mm peut très bien faire 7,8mm, c'est même fréquent.
Les roulements LM8UU qui coulissent dessus, peuvent, quant à eux avoir des tolérances de 0.5mm.
Si l'on ajoute les deux, cela veut dire que dans le pire des cas, ce qui se promène dessus peut se retrouver à 0.35mm de là où on l'attend.
Soit plus que l'équivalent d'un demi-trait de filament. Qui dit jeu, dit aussi plus de vibrations en fonctionnement.
Deuxième point, cette barre de 8mm est-elle assez rigide pour ne pas plier sous la sollicitation ?
SI l'on applique le module de Young de la matière, au delà de 350mm, elle va même plier sous son propre poids.
Ajoutez la sollicitation de la masse en mouvement qu'elle guide, et vous obtiendrez encore une tolérance de plusieurs dixièmes.
La vis M8 utilisée en transmission a du jeu dans les 3 axes. Et il en va de même pour tout composant.
Sachant que toutes ces tolérances peuvent aléatoirement se soustraire ou s’additionner.
Une bonne machine aura donc forcément de bons composants, pour réduire la tolérance à chaque maillon de la chaîne.
Il en va de même pour l'extrusion, pour d'autres raisons que je ne détaillerai pas ici, c'est déjà assez dense

Il est important donc que dès la conception de la machine, on utilise je juste composant au bon endroit.
Il faut être également cohérent, des profilés aluminium super rigides seront inefficaces si assemblés grâce à des pièces plastiques.
Une conception machine n'est pas non plus élastique. Un guide de 12mm par exemple, peut être parfait jusqu'à 400mm de course et plus au delà.
Un seul roulement peut suffire, jusqu'à une certaine sollicitation, au delà, il en faut un d'un autre type, ou simplement le doubler.

En espérant que cela t'aide à y voir clair.

++JM

 

[Stephman74]

Bonjour,

Je rebondis sur le sujet qui m'intéresse grandement aussi car je souhaite réaliser une imprimante performante.

Pour le chassis j'ai une idée assez précise de ce que je veux faire. Mais du coup, afin d'avoir une bonne précision je me pose quelques questions :

-Pourquoi ne pas privilégier des moteurs > 200 pas /tr ?

- comment faire pour avoir un alignement parfait avec deux glissières parallèles ? Il faut prévoir un réglage du parallélisme ?

- j'ai vu des transmissions des axes X et Y par roue et vis sans fin. Le choix ne m'as a priori pas paru judicieux, mais j'aurai bien aimé un avis plus éclairé que le mien sur la question.

- où approvisionner des éléments de liaison mécanique de qualité et qui soient correctement spécifiés à un prix raisonnable ?

 

Merci

Stéphane

[J-Max.fr]

Bonjour,

On peut très bien utiliser des moteurs à 400 pas par tour ou (0.9° par pas car 360°/400 pas = 0.9°).
C'est toujours de la résolution en plus, mais les moteurs sont plus chers et il y a beaucoup moins de choix.
De plus, ce n'est pas toujours nécessaire. Prenons par exemple une transmission en Z à vis.
A chaque couche, la vis va monter de la hauteur de la couche, puis rester statique jusqu'à la prochaine couche.
Plus le pas de la vis est petit, plus la résolution est grande, car il faudra plus de pas moteur pour effectuer la montée.
Donc prenons une vis avec un grand pas pour notre démonstration, disons une vis trapézoidale qui a un pas de 8mm,
c'est à dire que son écrou se déplace de 8mm par tour complet. Prenons également la configuration électromécanique la plus basique :
un moteur à 200 pas par tour, réglé pour plus de précision sur un suréchantillonnage au demi-pas.
A chaque incrémentation moteur de combien se déplace l'écrou. Calcul 8mm/(200*2)=0,02mm, ce serait la hauteur de couche minimale possible.
En admettant que dans les cas extrêmes un utilisateur imprime avec des couches de 0,1mm,
il lui faudra 5 incrémentations pour monter d'une couche, ce qui est plus que suffisant !

A noter qu'il faut toutefois garder à l'esprit la résolution quelle qu'elle soit dans le calcul de la couche pour ne pas tomber sur un chiffre à virgule.
Dans notre exemple, une couche de 0,02mm est possible mais pas une couche de 0,03mm car il faut un multiple de notre résolution.

Les systèmes à courroie en X et Y c'est moins important car on va utiliser un suréchantillonnage plus important (micropas)
car nous avons besoin d'un mouvement fluide sur les transitoires. Faisons quand même un calcul à partir de la plus petite poulie GT2 du marché,
une 16 dents (on trouve en dessous, mais il n'y a plus assez de matière autour de l'axe de 5mm pour transmettre le couple proprement).
Regardons ce que ça donne à 16 micropas (résolution théorique en transitoire) puis à 2 micropas (précision réelle à la tolérance composants près)
Donc calcul : (nombre de dents*pas de la courroie)/(nombre de pas par tour moteur * suréchantillonnage) = (16*2)/(200*16) = 0.01mm
 et en précision réelle (16*2)/(200*2) = 0.08mm, ce qui reste aussi très correct comparé à l'épaisseur trait de filament.
En admettant que la mécanique soit parfaite, on pourrait prétendre à une précision de 0.01mm à 80% soit 0.018mm. C'est pas si mal.
Pas besoin donc non plus de moteurs à 400 pas ici, mais si ça fait plaisir au propriétaire, pourquoi pas

Dans le cas d'un extrudeur direct drive (c'est à dire dont le galet d'entrainement est directement sur l'axe moteur), plus il aura de pas par tour,
plus l'extrusion sera juste. C'est même conseillé car un demi pas représente une variation possible de 10 à 20% du volume de plastique extrudé à un instant T.
Voila pourquoi les extrudeurs à démultiplication par poulie ou courroie sont très prisés par les Reprappers.

Une transmission par vis sur les axes X et Y n'est pas vraiment souhaitable pour une imprimante 3D. Pour des raisons de vitesse et d'accélération.
Une vis, c'est une démultiplication. Donc il faut plus de tours moteur pour effectuer une distance. La vitesse sera moindre, le temps d'impression allongé.
L'accélération pourrait se traduire comme vélocité ou la capacité d'un moteur à changer de direction rapidement et/ou freiner/accélérer rapidement.
Une vis a de l'inertie et réduit la capacité de changer de direction rapidement. Or, c'est une opération courante dans l'impression 3D.
On a besoin d'une accélération rapide, pour imprimer vite, mais aussi pour la qualité et ne pas avoir un excès de dépôt de filament
en raison d'un ralentissement mécanique. L'extrusion ayant aussi de l'inertie dû à une matière fondue non contrôlable dans la distance
entre le filament encore ferme et l'orifice de sortie. Par ailleurs, l'impression 3D se fait sans résistance, donc sans besoin important de couple.
Mécaniquement, nous n'avons pas besoin de l'avantage d'une vis. Donc pour plein de raisons, ce n'est pas souhaitable.

Pour régler parfaitement deux guides parallèles sur un plan, c'est facile, Il faut déjà une surface de référence aux deux guides.
Par exemple si on les monte sur une plaque, elle devient la référence. On fixe un des guides sur la plaque à l'endroit souhaité.
Ensuite si les deux guides doivent être à 100mm, de distance bord à bord, on prend une pige de 100mm qu'on insert entre les deux guides.
La pige sera garante d'une écartement constant entre les guides. Ensuite il n'y a plus qu'à aligner les extrémités des guides.

Il existe des fournisseurs d'éléments mécaniques de précision. Ce n'est pas vraiment dans la transmission que cela sera réellement sensible chez nous.
En effet, le filament fondu a par définition sa part d'aléatoire et la précision qu'on peut en attendre est limitée. Inutile donc d'aller chercher le 100e de mm
dans les composants. En revanche, pour les guidages, ça peut être un véritable atout, car les guidages chinois sont de qualité médiocre.
Par exemple des douilles polymère Igus (RJ8MP-01-08) seront bien meilleures que des douilles à bille LM8UU chinoises.
Toutefois, les chinois vendent également des douilles en bronze de bonne qualité à pas cher.
Difficile de te conseiller précisément sur une référence sans connaitre réellement tes besoins.
Si tu ouvres un sujet sur ta construction, alors ce sera plus facile d'être précis.

++JM
 

[Stephman74]

Salut JM,

 

Merci infiniment pour cette longue réponse très circonstanciée. Cela permet de mettre les idées en place.

J'ai réalisé il y a longtemps des asservissements avec des pas à pas. C'était il y a 20 ans et le micropas arrivait juste sur le marché en 1/2 ou 1/4 et la précision n'était pas terrible (surtout le couple de maintient en micropas).

Je comprends bien qu'il est inutile de chercher le um sur ce genre d'application. Par contre je comprends aussi qu'il est préférable de choisir un pas mécanique plus fin plutôt que du micropas mais en prenant garde à la vitesse.

 

Bonne idée, je vais ouvrir un poste dédié.

Stéphane

[damdam2959]

Bonjour

 

et ben ce jm une vraie encyclopédie 

un délice d'apprentissage 

 

cdlt

[rinty35]

@J-Max.fr Merci pour cette superbe explication.

De ce je comprends il y a tout de même un cas pour lequel il peut être intéressant d'avoir un grand nombre de micropas sur l'axe Z,  l'utilisation d'un capteur de niveau automatique.
Dans ce cas, l'axe Z ne joue plus uniquement un rôle d'élévation couche par couche, mais compense de manière dynamique les écarts de niveaux mesurés au départ de l'impression. De ce fait comme pour l'axe X et Y pour avoir un mouvement fluide, une démultiplication par micropas me semble utile.

Mon raisonnement vous semble t'il bon ?

[Invité]

Salut je pense aussi qu'une bonne imprimante se doit d'être fiable, pas trop compliquée à prendre en main et que les réglages ne soit pas à refaire tout les 2 print

[gisclace]

Oula, très beau déterrage !!!

 

Pas sûr d'avoir des réponses ;-)

[Invité]

Ah oui en effet et moi je plonge dans le trou

[J-Max.fr]

Le 01/02/2017 at 15:24, rinty35 a dit :

@J-Max.fr Merci pour cette superbe explication.

De ce je comprends il y a tout de même un cas pour lequel il peut être intéressant d'avoir un grand nombre de micropas sur l'axe Z,  l'utilisation d'un capteur de niveau automatique.
Dans ce cas, l'axe Z ne joue plus uniquement un rôle d'élévation couche par couche, mais compense de manière dynamique les écarts de niveaux mesurés au départ de l'impression. De ce fait comme pour l'axe X et Y pour avoir un mouvement fluide, une démultiplication par micropas me semble utile.

Mon raisonnement vous semble t'il bon ?

Bonjour,

Oui, si tu utilise l'auto bed leveling, il vaut mieux avoir un mouvement plus lissé.
Toutefois, ce système est sensé palier une mauvaise géométrie de la machine, mais ne corrige pas tout.
Par exemple si l'axe Y n'est pas perpendiculaire au X, le système ne le détecte pas.

Cela veut dire qu'il ne dispense pas d'avoir une machine bien ajustée sur ses 3 axes.
Or si la machine doit être bien réglée, alors l'auto bed leveling a peu d'intérêt à moins de corriger un plateau non plat.
Mais là encore on revient aux fondamentaux : il faut une surface d'impression plane...

En clair, c'est difficile d'échapper à un réglage machine en règle et à des bons composants.
Les rustines réparent une fuite, mais ne font pas un pneu en bon état...

++JM