Filaments : les différences entre 2.85mm et 1.75mm

Lors de la comparaison des caractéristiques d’une imprimante 3D, il est courant d’être confronté au diamètre du filament qui est utilisé sur l’imprimante 3D qui vous intéresse. Historiquement, cette information n’était en elle-même pas nécessaire car uniquement un diamètre était distribué, le filament au diamètre 1.75mm. Depuis quelques années, un second format s’est imposé, le diamètre 2.85mm. Afin de dénouer les vraies des fausses informations qui circulent (parfois diffusées sciemment par des fabricants de matériel sans grande éthique), retrouvez dans cet article les informations pour comprendre les différences et les intérêts de chacun.

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Pourquoi deux diamètres de filament sont-ils proposés ?

Les premières imprimantes 3D de bureau apparaissent en 2006 avec la création du projet RepRap consistant à créer des « outils de prototypage rapide bon marché ». À ce moment, les mécanismes sont rudimentaires et il est important d’aller au plus simple en termes de conception et d’ergonomie.

Les premières imprimantes 3D de bureau furent donc distribuées avec un système dit « d’extrusion directe » où le moteur qui se charge d’entraîner le filament est situé directement sur la tête mobile.

Cela permet de réduire au maximum l’effort sur le moteur et ainsi les risques de problème (même si à ce moment, les problèmes d’impression font partie intégrante du concept d’impression 3D).

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La technologie évoluant au fil des années, de plus en plus d’acteurs se lancent dans l’aventure, et les principes établis sont également soumis à cette évolution.

En Mars 2011, Ultimaker (entre autres) arrive avec sa première imprimante sobrement intitulée « Ultimaker » (plus tard renommée Ultimaker Original), embarquant un système d’extrusion dit « déporté ».

Ce système revoit drastiquement la façon dont est entrainé le filament en délocalisant le moteur à l’arrière de l’imprimante. Cela permettra de faire évoluer le mécanisme avec un système de pignon plus développé mais apportera une contrainte de poussée.

Afin de comprendre la décision prise par certains fabricants de déporter l’extrudeur, il est nécessaire de comprendre la notion d’inertie et de poids. Afin d’améliorer de plus en plus la qualité des pièces imprimées, les fabricants recherchent à alléger au maximum la tête d’impression. D’un point de vue mécanique, il est en effet simple de comprendre que le moteur fixé sur la tête d’impression entraîne des vibrations « nuisibles » pour des résultats d’impression parfait. De plus, le poids du moteur pourra être handicapant dans les cas d’accélérations et de décélérations importantes (effort sur les courroies et poulies par exemple).

Jusqu’alors « tiré », le filament est maintenant « poussé » sur une quarantaine de centimètres jusqu’à la tête d’impression à travers un tube lubrifié appelé « Bowden tube ». Les filaments utilisés étant fins (1.75 mm de diamètre rappelons-le), ceux-ci ont tendance à se déformer dans le tube sous l’effort et entraînent des problèmes d’extrusion et de fonctionnement.

Le filament 2.85mm est né !

Plus épais, ce filament est nécessairement plus rigide et se conformera simplement au conduit d’extrusion.

Depuis ce moment, les deux formats ont continué de coexister avec d’un côté les imprimantes au système d’extrusion direct exploitant les filaments 1.75mm et de l’autre les imprimantes au système d’extrusion déporté exploitant les filaments 2.85mm, avec pour ambassadeur les gammes Ultimaker.

Intérêts et inconvénients des diamètres de filament

Le diamètre du filament impacte t-il la précision ?

Le diamètre de filament utilisé n’a aucun rapport direct avec la précision dimensionnelle !

En effet, il peut sembler naturel pour un néophyte de visualiser l’utilisation d’un filament au diamètre de 2.85mm comme plus grossier car la section est supérieure. Or ce diamètre n’influe en rien sur la précision des pièces imprimées car le filament sera dans tous les cas extrudé par une buse ; et c’est uniquement cette buse qui définira la taille du point le plus fin (sur les axes X/Y) qui pourra être imprimé.

Il faut voir ce processus d’extrusion comme un entonnoir alimenté par un débit de matière régulier. La taille du dépôt ne variera donc pas en fonction du débit d’entrée mais plutôt en fonction du diamètre de sortie.

Rappelons que dans une grosse majorité des cas, les diamètres de sortie des buses utilisées dans l’impression 3D sont de 0.4mm et cela sur des systèmes d’extrusion directs ou déportés.

Cela étant dit, des différences existent bel et bien entre les deux filaments.

Quelles sont les réelles différences entre ces diamètres de filament ?

La première est liée aux moteurs utilisés qui restent sensiblement les mêmes (Nema14/17/21 etc…).

Les moteurs étant similaires, leur pouvoir de traction ou de poussée sera lui aussi similaire mais le diamètre évoluant d’une technologie à l’autre, il est logique que les filaments au diamètre de 2.85mm permettent d’apporter davantage de quantité de matériau pour le même nombre de tours effectués par le moteur. Il est donc convenu que les filaments au diamètre de 2.85 mm permettent d’imprimer à plus haut débit et donc plus rapidement.

N.B : C’est notamment ce phénomène qui intervient dans la facilité ou non d’imprimer du filament flexible. L’effort à fournir étant « concentré » sur quelques centimètres en extrusion directe, les filaments flexibles seront plus simples à exploiter sur une imprimante utilisant ce procédé. À contrario, il sera nécessaire de ralentir de façon importante le débit (à travers la vitesse) sur une imprimante exploitant l’extrusion déportée pour éviter le sur-apport de matière.

La seconde est également en rapport avec le débit de matière supérieur sur les imprimantes 3D exploitant du filament 2.85mm, il est nécessaire de chauffer plus rapidement et plus fortement le filament pour l’apporter à sa température de transition vitreuse « à cœur ». Cela insinue donc que la contrainte thermique sera plus importante sur une imprimante utilisant du filament au diamètre 2.85mm.

Enfin l’une des dernières différences entre ces deux diamètres de filament sera le phénomène de rétraction. La rétraction intervient lorsque l’imprimante doit effectuer un déplacement au dessus d’un vide et doit ainsi remonter le filament pour éviter les coulées (phénomène appelé « stringing »). Le moteur devra donc agir sur le filament soit sur quelques centimètres en extrusion directe ou bien sur plusieurs dizaines de centimètres en extrusion déportée.

Notamment à cause de la détente et de la contraction que peuvent subir les filaments dans le tube Bowden, il sera beaucoup plus simple de gérer les rétractions intensives sur les systèmes d’extrusion direct (où l’effort appliqué est concentré et ne permet pas de perte d’effort).

Quelques cas particuliers

Afin d’être incollable sur les différents diamètres de filament existants, il peut être utile de connaitre les cas sortant de ce cadre simple «1.75 ou 2.85».

Filament 2.85mm ou 3mm ?

Il n’est pas rare d’être confronté à ce choix car de nombreux fabricants de filament (pour la plupart Chinois) annoncent encore leurs filaments comme étant au diamètre 3 mm. Or, le « 3mm » est maintenant plus une norme qu’un diamètre concret. Il suffit de mesurer le diamètre d’un de ces filaments au pied à coulisse pour s’apercevoir qu’il est en réel plus proche du diamètre 2.85mm que 3mm.

Pour simplifier, nous pouvons admettre que les filaments 2.85 et 3mm sont « identiques », à considérer comme le même format de consommable et donc utilisable sur les même imprimantes.

L’extrusion hybride

L’innovation étant au cœur de l’impression 3D, de nouveaux essais mécaniques apparaissent chaque jour. C’est pour cette raison qu’il est possible de tomber sur des systèmes « hybride » cherchant à obtenir le meilleur de chaque conception.

L’entrainement « FlexDrive » est un bon exemple de cette volonté avec un kit à imprimer soi-même puis à monter sur son Ultimaker (entre autres). Ce système ingénieux permet de garder le moteur déporté à l’arrière de la machine mais en remontant la traction du filament dans la tête d’impression à l’aide d’une tige filetée flexible qui actionne une roue d’entrainement directe.

Une tête d’impression allégée d’un côté pour une meilleure précision, un effort moindre sur le filament d’une autre part pour faciliter ses manipulations. Vous l’aurez compris, les systèmes d’entrainement présents sur chaque imprimante 3D proposent chacun des intérêts et inconvénient distincts. Il reste tout de même important de garder en tête que les imprimantes 3D de bureau développées maintenant sont de plus en plus précises et performantes. Les différences relatives à chacune de ces conceptions ne pourront donc que s’estomper au fur et à mesure de l’évolution des technologies. Il sera alors plus simple pour le futur utilisateur de se concentrer uniquement sur le choix de l’imprimante sans prendre en compte le diamètre du filament qui sera à utiliser.

Avez-vous une préférence pour l’extrusion directe ou déportée ? Ou bien cette différence n’a aucune importance pour vous ? N’hésitez pas à partager votre avis avec nous dans les commentaires.