Trouver la bonne température pour son impression 3D

L’impression 3D de matériaux plastiques étant une technologie démocratisée récemment, de nombreux problèmes d’impression sont liés à la mauvaise prise en compte des besoins thermiques de chaque matériau. Ne vous est-il jamais arrivé d’obtenir une pièce avec l’aspect d’une éponge alors que sa modélisation ne comportait aucun trou ? C’est très certainement dû au non-respect d’un ratio extrêmement important dans l’impression 3D, le rapport « Température / Vitesse ». En effet, cette correspondance sera la source des états de surface les plus intéressants ou des défauts les plus disgracieux. C’est dans ce but que nous allons vous détailler l’impact que peuvent avoir des températures non adaptées à vos impressions.

Conséquences d’une température d’impression trop élevée

Le stringing

L’un des premiers problèmes de qualité lié à une température d’impression trop élevée est l’apparition de « cheveux » entres les différentes parois d’une même pièce ou dans le cas d’impression de plusieurs pièces sur le même plateau.

Ce phénomène appelé « Stringing » (ou Cordage) est tout simplement dû au fait que le matériau utilisé pour l’impression 3D est un thermoplastique avec une viscosité variable en fonction de sa température d’exploitation.

Pour les besoins de l’impression 3D, cette viscosité doit permettre le dépôt de matériaux à un débit régulier. Il est donc primordial que cette température soit assez haute pour permettre une liquéfaction du polymère mais il est également très important d’adapter les paramètres de température de telle façon que le matériau ne soit pas liquéfié de manière excessive. Lorsqu’un effet de Stringing apparait lors d’une impression, il sera donc nécessaire d’abaisser la température d’impression afin de redonner au matériau une consistance plus solide et ainsi diminuer voir annuler complètement l’effet de cordage. Dans certains logiciels, tel que Cura ou Simplify3D, vous avez la possibilité de faire évoluer automatiquement la température en cours d’impression, ce qui vous permet, avec le modèle adéquat, de réaliser des tests comme celui ci-dessous. Ainsi vous pourrez déterminer la température idéale pour un matériau, à vitesse constante.

Les coulures et boursoufflures

Second phénomène lié à une température d’impression excessive, l’état de surface générale de vos pièces portera des traces de coulures et boursouflures. Cette altération d’aspect sera tout simplement liée à une température de buse et donc d’impression encore une fois trop élevée.

L’impression FDM étant basée sur le concept de superposition de couches, il est naturel de considérer que la buse de la tête d’impression sera amenée à passer de façon répétitive aux mêmes coordonnées. Il faudra donc être vigilant à ce que la température d’extrusion du matériau ne soit pas trop élevée pour que le système de ventilation de l’imprimante 3D soit en capacité de le refroidir avant le passage de la prochaine couche. Dans le cas d’apparition d’un tel phénomène, il sera préconisé de bien entendu abaisser la température d’extrusion du matériau et ensuite de s’assurer que le système de ventilation de la tête d’impression soit à un régime suffisant pour refroidir la couché déposé avant le dépôt de la prochaine.

Certains logiciels d’impression 3D, dont nous détaillons les spécificités dans cet article, permettent également de contrer cet effet en réduisant volontairement la vitesse d’impression de vos projets pour éviter ce type de problème.

En effet, ici le logiciel Cura pourra intégrer un temps minimum d’impression par couche (et ralentira donc la vitesse à certains endroits) afin de ne pas déposer de nouveau une couche de matière que lorsque ce délai est atteint

Conséquence d’une température d’impression trop basse

Le phénomène de sous-extrusion

Le plus connu des phénomènes lié à une température d’impression trop basse sera la sous-extrusion. Comme détaillé précédemment, les matériaux employés lors de l’impression 3D ont besoin d’une certaine viscosité, et donc d’une certaine température, pour pouvoir être déposés de manière fluide. Dans le cas où cette température d’extrusion n’est pas suffisamment élevée, un phénomène de manque de matière apparaîtra donc durant l’impression : la sous-extrusion.

La façon la plus simple de corriger ce phénomène sera donc d’adapter la température d’impression au matériau utilisé. Ces températures seront naturellement renseignées sur l’emballage du filament en lui-même ou sur la fiche technique du produit concerné.

Ne pas exclure le fait que, dans les cas où la température employée correspond aux recommandations du constructeur, il est probable que ce phénomène apparaisse à cause d’une buse bouchée ou en partie obstruée. Dans ce cas un nettoyage de la buse est nécessaire.

Pour les imprimantes Ultimaker 2+, il existe une méthode de nettoyage de buse relativement simple à l’usage et ne nécessitant pas de démontage particulier : Nettoyage par méthode atomique pour Ultimaker 2.

La mauvaise adhérence inter-couche / inter-paroi

Second problème communément rencontré dans le cas d’impression à une température trop basse, la jonction des différentes parties constituant votre objet imprimé en 3D ne sera pas résistante voire inexistante.

L’impression 3D par dépôt de filament (FDM) étant un procédé dit de « fabrication additive » la matière constituant un objet imprimé sera donc ajoutée au fur et à mesure.

Afin que ces ajouts de matière gardent toujours une adhérence suffisante, il est important que chaque couche appliquée puisse fusionner avec les précédentes. Cette fusion ne sera par conséquent possible que si la viscosité du matériau déposé permet une union suffisamment forte.

Ce phénomène est donc détectable d’une couche à une autre mais également d’une paroi à l’autre. Ce problème sera solutionné par une augmentation suffisante de la température d’impression du matériau.

L’importance du respect du rapport température/vitesse

Dans le cadre d’un article sur les températures d’impression, il est naturel d’aborder l’une des notions les plus importantes dans l’impression 3D FDM, le rapport température/vitesse. Ce rapport considère que plus on emploie une vitesse d’impression élevée, plus la température d’extrusion du matériau doit être élevée. Il conviendra donc ensuite à l’utilisateur d’adapter sa température en fonction de sa vitesse d’impression et donc du niveau de qualité recherché.

Ce principe s’applique par exemple à l’une des difficultés de l’impression 3D, les porte-à-faux et les ponts. En effet, la gestion d’un porte-à-faux complexes et des ponts sera possible en abaissant de façon significative la vitesse d’impression et donc en rabaissant également la température d’extrusion du matériau.

Ce rapport température/vitesse s’applique également à l’état de surface générale d’une pièce. Les logiciels les plus ouverts permettent de réduire la vitesse d’impression des coques externes et des couches inférieures et supérieures pour assurer une qualité d’impression la plus satisfaisante possible.

Enfin, dernières notions à prendre en compte lors du paramétrage de vos impressions, le débit devra être adapté aux possibilités qu’offre votre imprimante 3D. Ce débit pourra être connu en fonction de la vitesse d’impression (et donc d’une température adaptée), de l’épaisseur de couche choisie et du diamètre d’extrusion de la buse dont est équipée l’imprimante (0.25mm, 0.35mm, 0.4mm, 0.8mm…).

Sur le logiciel Cura, ce débit est automatiquement calculé et permet de mettre en avant un mauvais paramétrage entraînant la plupart du temps une sous-extrusion.

Communément, une imprimante optimise la qualité d’impression lorsqu’elle est paramétrée pour imprimer à un débit de 7mm³/s. Il conviendra donc à l’utilisateur d’adapter sa vitesse d’impression aux spécificités matérielles de l’imprimante.

Exemple : Dans le cas d’une installation d’un Bloc Olsson sur imprimante Ultimaker 2+, il sera possible de modifier le diamètre d’extrusion de buse. En fonction de la nouvelle buse mise en place, il sera donc important d’adapter la vitesse au débit maximum exploitable. Une buse au diamètre plus important comme la buse de 0.8mm ne permettra de conserver un débit inférieur à 7mm³/s que si la vitesse d’impression est inférieure à 90mm/s pour une épaisseur de couche de 100µ.

Cette vitesse pourra être montée à 150mm/s pour une buse au diamètre de 0.4mm.

Conclusion sur la température d’impression :

En conclusion, il est important de comprendre qu’une impression 3D réussie est avant tout une bonne compréhension des paramètres les plus importants que sont la vitesse et la température d’impression. Un équilibrage fin entre tous ces paramètres sera ensuite utile afin d’allouer le temps nécessaire à la bonne réalisation de vos impressions 3D.

C’est à cette fin que les différents constructeurs s’orientent dans des voies opposées. D’un côté Ultimaker a pris la décision d’ouvrir au maximum ses produits (imprimante et logiciel) afin de laisser la possibilité à l’utilisateur d’affiner à souhait les paramètres de ses impressions. Cela requiert donc un temps d’apprentissage plus important, mais les résultats et les possibilités offertes sont à la hauteur de l’investissement en temps consenti. D’une autre part, d’autres fabricants comme Zortrax ont souhaité pré-configurer leurs environnements de travail afin de garantir une utilisation très simple et de bons résultats mais au détriment de la polyvalence et de la liberté de peaufiner ses impressions. Ces modèles d’imprimante 3D sont généralement conçues pour fonctionner avec quelques types de filament limitant le choix de l’utilisateur final.