Les deux principales conceptions mécaniques :

• BedSlinger : le lit d'impression se déplace le long de l'axe Y.
  La structure se présente sous forme de portique
  Avantages :
  • coût de production réduit
  • maintenance facilitée
  Inconvénients :
  • encombrement important lié au déplacement du lit d'impression
  • flexibilité du châssis
  • vitesse d'impression limitée par l'importante inertie du plateau
  • enceinte ouverte pouvant nuire à l'impression de certains matériaux
  • réglage fastidieux et imparfait de la planéité du lit
    


• XY : le lit d'impression se déplace le long de l'axe Z.
  La structure se présente sous forme de châssis
  Avantages :
  • encombrement réduit
  • rigidité du châssis
  • facilement convertible en enceinte close
  Inconvénients :
  • plus onéreuses

Les imprimantes XY se déclinent en deux technologies :

• Les imprimantes dites cartésiennes où chaque axe est animé indépendamment.
  La structure peut se présenter sous forme de portique (bedslinger) ou de châssis.
  Exemples : Artillery Sidewinder (portique) ou Creality Ender 5 (châssis).


• Les imprimantes Core XY où les axes X et Y dépendent l'un de l'autre.
  Les moteurs pour chacun des axes ont une position fixe dans l'espace.
  La structure se présente sous forme de châssis tel que la Elegoo Centauri ou la Creality K1
  


• Plus rarement on trouve du Core XZ sous forme de portique à l'instar de la Creality Ender3 V3.

Les imprimantes Core XY représentent l'ultime évolution dans le domaine de l'impression FDM car les avantages sont nombreux :

correction automatique de la planéité du lit allègement du chariot X par déportation du moteur faible inertie autorisant des vitesses et des accélérations élevées guidage sur rails et non sur vslot compensation des vibrations (imput shaping) et bien d'autres... Le point délicat du Core XY reste la longueur des courroies qui animent la tête d'impression et un compensateur de tension doit être implémenté.

Pour information :

• Les têtes d'impression de type direct drive se sont généralisées et ont énormément progressé.
  (Le système Bowden était une source de problèmes et n'autorisait pas l'utilisation de matériaux flexibles.)
• Les firmwares Marlin tendent à disparaitre au profit de firmwares basés sur Klipper.
• Les slicers connaissent une évolution constante et sont généralement issus de Prusa ou de Cura.
  Les plus célèbres :
  • Orca Slicer, Bambu Studio, Elegoo Slicer, Artillery Slicer (basés sur Prusa Slicer)
  • Creality Slicer (basé sur Cura)
• Les autres types d'imprimantes FDM non évoquées ici :
  • Les imprimantes delta (peu répendues)
  • Les imprimantes polaires (expérimentales)
• Les imprimantes résine sont de conception et de domaine d'application totalement différents

Voir aussi :

• Types d'imprimantes et leurs différences
• Les base de l'impression 3D

Les premières imprimantes multi couleurs embarquaient une tête d'impression à buses multiples avec systèmes bowden. Ce dernier étant abandonné en raison de ses limitations, le choix s'est naturellement orienté vers un principe de chargement/déchargement de filament.

Les systèmes multi couleurs consistent donc, selon les modèles, en l'ajout de modules à chargement automatique permettant d'installer selon l'offre entre 4 et 16 bobines de filaments. Chaque filament passe par un hub pour ensuite atteindre le hotend à buse unique.
Ces systèmes portent des noms différents selon le constructeur :

• AMS (Automatic Material System) chez Bambu Lab
• CFS (Color Filament System) chez Creality
• ACE (Anycubic Color Engine) chez Anycubic
• MMU (Multi Material Unit) chez Prusa

A noter que les modules multi couleurs sont quelquefois équipés d'un dispositif de séchage du filament.

Le principe peut s'avérer très pratique pour :

• la sélection initiale du matériau ou de la couleur sans manipulation préalable
• le changement automatique de bobine de même couleur sur de gros volumes d'impression
• le changement de couleur en cours d'impression sur des groupes de couches

Mais l'impressions d'objets avec des changements de couleurs fréquents sur les couches occasionnent :

• une augmentation considérable de la durée d'impression
• une quantité de déchets pouvant atteindre 4 à 5 fois le volume de l'objet imprimé

	Impression sur le plan XZ 3 changements de couleur par couche soit 3 x (80mm / 0.2mm) = 1200 changements
	Impression sur le plan XY 3 changements de couleur par couche soit 3 x (10mm / 0.2mm) = 150 changements
	Impression sur le plan YZ Seulement 3 changements de couleur

Une nouvelle génération d'imprimantes multi-couleurs fait son apparition avec un principe de changement d'outil où le chariot mobile prend tour à tour la tête chargée de la couleur adéquate ce qui évite les purges à répétition.
Snapmaker vient de sortir le modèle U1, une version économique en quatre couleur et Prusa va jusqu'à 5 couleurs mais dans une autre gamme.

L'imprimante idéale pourrait ressembler à cela en 2025 :

• Caractéristiques
  • Technologie Core XY
  • Enceinte close
  • Structure métal et verre
  • Volume 250mm x 250mm x 250mm (répondant à 99% des besoins)
  • Lit chauffant sous 230 volts (montée rapide en température et économie d'énergie)
  • Buse en acier trempé (supportant les matériaux renforcés au carbone)
  • Compatibilité tous matériaux (abrasifs, flexibes, haute température, etc.)
  • Température maximale du hotend > 300°
  • Température maximale du lit > 100°
  • Vitesse maximale théorique >= 500mm/s
  • Accélération maximale théorique >= 20m/s²
  • Extrudeur direct drive à double engrenage
  • Flux maximal théorique >= 30mm³/s
  • Détection de fin de filament
  • Epaisseur de couche minimale <= 0.1mm
  • Précision <= 100µm
  • Plateau PEI double face (lisse et texturé)
  • Tendeur de courroie semi-automatique ou automatique
  • Ventilations efficaces (extrudeur, pièce et enceinte)
  • Filtre à charbon actif
  • Chauffage passif de l'enceinte (économique et suffisant)
  • Caméra intégrée
• Fonctions
  • Calibration automatique de la planéité du lit
  • Calibration automatique des PID
  • Compensation active des vibrations et de la pression (input shaping)
  • Gestion automatique de la première couche
  • Nettoyage automatique de la buse
  • Déchargement automatique du filament
  • Reprise après coupure d'alimentation *
  • Disponibilité du profil pour les principaux slicers
  • Disponibilité du protocole de communication pour les principaux slicers
  • Interface web
  • Espace de stockage interne >= 8Go
  • Connectique USB et WiFi
  • Surveillance et time-lapses
  • Application mobile et gestion à distance
• Options
  • Connectique LAN
  • Chauffage actif de l'enceinte
  • Module multi couleurs

* Lors d'une reprise après coupure d'alimentation, l'imprimante se réinitialise et réexécute l'intégralité de la dernière couche. Cette couche de reprise peut être plus ou moins visible mais ne devrait pas remettre en cause la solidité de l'objet.

Contrairement aux autres modes d'usinage, l'impression 3D FDM (Fused Deposition Modeling) est soumise à des contraintes particulières :

• on n'usine pas de la matière mais on en dépose
• la matière est extrudée à haute température puis aussitôt refroidie, générant ainsi des phénomènes de rétractation
• l'objet n'est pas plein mais constitué d'un remplissage en nid d'abeille
• l'objet étant constitué de couches, sa résistance est différente selon chaque plan
• il n'est pas possible d'extruder dans le vide et l'impression de supports sécables est souvent nécessaire
• les paramètres varient en fonction de l'équipement, du matériau utilisé et de la conception même de la pièce
• un post-traitement est souvent indispensable

Il s'agit de déterminer les besoins, d'en imaginer le résultat et de le traduire avec précision sous forme géométrique.
La conception devra tenir compte des contraintes liées à une impression en 3D.

Notions requises pour la réalisation de pièces mécaniques :

• relevé de cotes
• dessin technique
• conception mécanique
• résistance des matériaux

La modélisation consiste en l'utilisation d'un logiciel de CAO 3D performant dont la prise en main exige de nombreuses heures d'apprentissage.

L'objet dessiné devra être pensé pour une impression 3D qui est très différente des autres modes d'usinage :

• les cotes intérieures, principalement dans le plan horizontal, doivent tenir compte du taux de rétractation
• l'épaisseur des parois fines doit être un multiple du diamètre de l'extrusion
• les ponts trop longs et la génération automatique de supports doivent être contrôlés

Mon choix depuis 2023 : Autodesk Fusion 360

Il est primordial de maitriser un logiciel de tranchage (slicer) qui a pour but de transposer l'objet 3D en code destiné à l'imprimante.
Si leur interface peut paraitre simple, les algorithmes qui les animent sont extrêmement puissants.
Une compréhension minimale du G-Code est conseillée pour optimiser certains points.

Dans cette phase on tiendra compte principalement :

• du matériau employé, essentiellement pour les températures et le refroidissement
• de la surface d'adhésion au plateau (bordures)
• de la génération automatique des supports
• du degré de résistance souhaité (taux de remplissage, sens des couches)
• du niveau de qualité de surface (hauteur des couches, vitesse d'impression)

Mon choix pour l'imprimante Artillery Sidewinder X2 : PRUSA SLICER


Mon choix depuis l'acquisition d'une imprimante Elegoo Centauri Carbon : ORCA SLICER

Chaque machine est différente y compris au sein d'un même modèle.

Bien connaitre son imprimante est donc primordial :

• réglages mécaniques sans jeux ni points durs
• étalonnage précis de l'axe Z
• préparation du plateau (propre et adhésif)
• contrôle de la température en surface du plateau (l'ajout d’un plateau PEI abaisse la température de quelques degrés)

Mon choix en 2023 : Artillery Sidewinder X2

Mon choix en 2025 : Elegoo Centauri Carbon

Extrudeur Direct drive :

• Avantages
  • Accepte tous type de matériaux
  • Grande précision d'extrusion et de rétractation
  • Rapidité de changement du filament
• Inconvénients
  • L'inertie de la tête dûe à sa masse

Extrudeur Bowden :

• Avantages
  • Légèreté et simplicité de la tête
  • Peu de risque de résonnance
  • Supporte mieux les vitesses élevées et les accélérations
• Inconvénients
  • Ne prend pas en charge les matériaux flexibles tels que le TPU
  • Extrusion et rétractation moins précises
  • Exige un filament parfaitement calibré

La vitesse, argument commercial des fabricants :

La vitesse maximale applicable est directement liée au volume et à la température d'extrusion. Il n'est donc pas concevable de déplacer la tête plus vite que l'extrudeur ne peut fournir.
Un moteur pas à pas impose qu'il soit accéléré pour atteindre sa vitesse et qu'il soit décéléré pour la réduire.
L'inertie des différents axes limite la vitesse.
Les importantes variations de vitesses génèrent des vibrations qui engendrent une baisse de précision.
Pour toutes ces raisons la vitesse d'impression ne devrait jamais dépasser la moitié de la vitesse maximale annoncée par le constructeur.
En analysant le parcours on se rend compte que la vitesse de consigne maximale n'est atteinte que sur de fortes distances.

Paramètres adaptés au PLA Amazon Basics sur Artillery Sidewinder X2 :

• Température de buse 200°
• Température en surface de plateau 55°
• Déplacements 80mm/s
• Remplissages 80mm/s
• Supports 60mm/s
• Ponts 60mm/s
• Remplissages solides 50mm/s
• Périmètres 50mm/s
• Périmètres externes 35mm/s
• Première couche 25mm/s
• Solides supérieurs 25mm/s
• Perçages 20mm/s

Imprimer lentement est un gage de précision et de solidité de la pièce. Pour exemple, la Sidewinder X2 autorise des vitesses pouvant atteindre 150mm/s mais le constructeur recommande un maximum de 80mm/s en impression et un résultat fiable est obtenu avec une vitesse de référence se situant aux alentours de 60 mm/s. Les hautes vitesses sont à réserver pour les déplacements.

L'extrudeur :

• La buse ne doit jamais entrer en contact avec le plateau
• Toujours attendre l'arrêt du ventilateur de tête avant d'éteindre l'imprimante

Le réglage du plateau :

La SideWinder X2 est prise en référence mais cette méthode est applicable à toutes les imprimantes de ce type.
La butée Z est logicielle et l'épaisseur du plateau n'a aucune incidence sur la course des molettes de réglage.

1. Positionner les 4 molettes à une course médiane
2. Amener l'extrudeur et le plateau à température moyenne d'impression (200°/60°)
3. Effectuer un premier étalonnage automatique pour éviter les collisions (Tools / More / Auto-Level)
4. Régler mécaniquement les 4 coins avec une feuille de papier (Tools / Level)
5. Effectuer un second étalonnage automatique (Tools / More / Auto-Level)
6. Ajuster le Z=0 (Tools / More / Z=0) avec une feuille de papier 80g d'épaisseur 0.10mm
   • la feuille doit à peine lécher la buse
   • retirer la feuille et descendre la tête de 0.10mm (4 x -0.025)
7. Sauvegarder les réglages en EEPROM
8. Ramener la température de l'extrudeur en dessous de 50° avant extinction de l'imprimante (seuil d'arrêt du ventilateur)

La surface d'impression :

Le nettoyage complet du plateau PEI est à effectuer la première fois puis de temps à autre :

• Utiliser de l'eau très chaude et du savon (ou liquide vaisselle)
• Terminer le dégraissage à l'alcool isopropylique
• Pulvériser en croix une légère couche d'adhésif (Primafix ou 3DLAC)

Recommandations importantes :

• Eviter de toucher la surface du plateau avec les doigts
• N'utiliser que des outils en plastique (jamais de métal)
• Ne pas multiplier les couches d'adhésif
• Ne pas utiliser d'autres produits chimiques ou abrasifs

Avant chaque impression :

• Essuyer légèrement le plateau à l'alcool isopropylique avec un chiffon microfibres

Décollage de la pièce :

• Attendre le refroidissement du plateau (<35° en surface)
• Certains matériaux tels que le TPU nécessitent une température d'environ 40°
• Ne pas provoquer de chocs physiques ni de rayures

A proscrire absolument :

• Rubans adhésifs, colle d'écolier, laque à cheveux ou autres solutions de bricolage

La première couche :

Elle doit parfaitement adhérer au plateau, ce qui implique :

• Une bonne préparation du plateau
• Une température correcte en surface du plateau (à valider au thermomètre infrarouge)
• Une température adaptée de la buse pour la première couche
• Un réglage précis du Z=0
• Une vitesse d'impression lente
• Une première couche 50% plus épaisse
• Un ajustement (si nécessaire) du Z durant l'impression de la jupe ou de la bordure
• Un étalonnage automatique obligatoire pour les grandes pièces

Le respect de ces points évitera les décollements et autres déformation de la pièce.

Les premières imprimantes 3D grand public sont apparues au début des années 2010. Elles n'étaient alors équipées que d'un simple plateau en verre et il fallait rivaliser d'astuces pour y faire adhérer le filament. Des colles adaptées ont été développées puis les lits chauffants sont rapidement devenu un standard. La dernière grande évolution fut le plateau PEI avec son revêtement adhérent, l'inverse des poëles Tefal en quelque sorte.

Malgré tout nous rencontrons toujours des problèmes de décollement. Laissons de côté les causes évidentes comme l'état et la propreté du plateau et intéressons-nous aux phénomènes physiques. Admettons que nous imprimions avec une forte ventilation du PLA extrudé à 210° sur un plateau à 50°. Chaque nouvelle couche est rapidement refroidie et se rétracte fortement, entrainant une contrainte importante des couches inférieures. Cette traction aura un effet amplifié sur certaines zones telles que les arêtes, ce qui aura pour conséquence du wraping dans les angles ou autres décollement aléatoires, partiels voire complets, menant à l'échec de l'impression.

Si on fait le parallèle avec la soudure à l'arc, un angle formé par deux pièces à 90° devra être préalablement ouvert car la rétractation dû au refroidissement du point de fusion le refermera. Une autre solution consiste à brider solidement les éléments sur un marbre avant l'opération de soudure et c'est exactement ce qu'on peut reproduire en ajoutant des bordures aux impression 3D.

Quelques grammes de filament et quelques minutes supplémentaires peuvent faire économiser beaucoup de matière et de temps.

Les maitres mots pour réussir ses impressions :

• bien connaîtres ses logiciels, ses matériaux et son imprimante
• travailler avec méthode et précision
• réaliser des tests et prendre des notes
• comprendre les causes d'échecs