Technologies numériques/Impression 3D/Impression 3D- Débutant

L'impression 3D est un procédé de fabrication additive qui permet de créer un objet en trois dimensions à partir d'un modèle numérique. Au Makerspace de l'Université d'Ottawa, nous utilisons des imprimantes DFF (Déposition de Fil Fusionné) qui fonctionne en découpant un modèle 3D en couches, puis en imprimant ces couche (2D) l'une sur l'autre. Le type d'imprimante et les options adaptées à l'imprimante déterminent les capacités en termes de précision, de vitesse et de complexité dont une imprimante est capable. L'extrudeuse et la buse de l'imprimante dictera les matériaux que l'imprimante est capable d'utiliser. Plusieurs têtes d'extrusion permettent d'utiliser différents matériaux au cours de la même impression et sont courantes sur des produits plus ciblés commercialement, mais peuvent également être adaptées aux modèles haut de gamme à usage personnel. Cela peut permettre à une imprimante d'utiliser un matériau de support plus faible (ou même soluble) pour un retrait facile, ou la possibilité d'ajouter des schémas de couleurs à une impression à des fins esthétiques. Les plaques de construction chauffées sont assez courantes et sont utilisées pour améliorer la qualité des impressions en réduisant la contrainte thermique exercée sur un composant pendant l'impression et le refroidissement. De plus, de nombreuses imprimantes sont des projets open source, permettant aux utilisateurs de modifier le logiciel de l'imprimante et même de l'utiliser pour créer leur propre imprimante. Le matériau le plus couramment utilisé dans le Makerspace est un type de plastique connu sous le nom de PLA (acide polylactique). Ce plastique est utilisé pour l'impression 3D en raison de son point de fusion relativement bas et de son très faible taux d'expansion thermique. Bien que le Makerspace possède une variété de modèles d'imprimantes DFF, cette page pour débutants se concentrera sur l'Ultimaker 2+ qui est le modèle d'imprimante principalement utilisé au Makerspace.

Quelles imprimantes 3D avons-nous?

Voici les imprimantes disponibles dans le Makerspace.

Ultimaker 2+

Trancheuse	Cura
Volume de construction	223 × 223 × 205 mm
Matériaux compatibles	PLA, ABS, Flexible
Hauteur de couche minimale	0.06 mm
Plaque de construction chauffée	Oui
Plus d'informations	[{{{More Information}}} Ultimaker 2+]

Ultimaker 3

Trancheuse	Cura
Volume de construction	215 × 215 × 200 mm
Matériaux compatibles	PLA, PVA, Flexible
Hauteur de couche minimale	0.02 mm
Plaque de construction chauffée	Oui
Plus d'informations	[{{{More Information}}} Ultimaker 3]

MakerBot Replicator 2

Trancheuse	MakerBot Print
Volume de construction	285 × 153 × 155 mm
Matériaux compatibles	PLA
Hauteur de couche minimale	0.1 mm
Plaque de construction chauffée	Non
Plus d'informations	[{{{More Information}}} MakerBot Replicator 2]

Dremel 3D20

Trancheuse	DigiLab 3D
Volume de construction	230 × 150 × 140 mm
Matériaux compatibles	PLA
Hauteur de couche minimale	0.1 mm
Plaque de construction chauffée	Non
Plus d'informations	[{{{More Information}}} Dremel 3D20]

Raise3D N2 Plus

Trancheuse	ideaMaker
Volume de construction	305 × 305 × 605 mm
Matériaux compatibles	PLA, ABS, PVA, Flexible
Hauteur de couche minimale	0.01 mm
Plaque de construction chauffée	Oui
Plus d'informations	[{{{More Information}}} Raise3D N2 Plus]

Markforged Mark Two

Trancheuse	Eiger
Volume de construction	320 × 132 × 154 mm
Matériaux compatibles	Nylon, Onyx, Fibre de carbone, Fibre de verre, Kevlar
Hauteur de couche minimale	0.1 mm
Plaque de construction chauffée	Non
Plus d'informations	[{{{More Information}}} Markforged Mark Two]

Impression 3D dans le Makerspace

Au Makerspace de l'uOttawa, nous avons plusieurs types (marques) d'imprimantes. Lors de l'impression, vous verrez soit l'Ultimaker, la MakerBot ou la Dremel. En général, les processus sont similaires.

Obtenez un modèle 3D

Il existe de nombreuses façons de créer ou de trouver un modèle 3D. Si vous souhaitez parcourir une bibliothèque, Thingiverse ou Youmagine. Ces sites sont un excellent moyen de vous inspirer. Si vous êtes plutôt du genre à le faire vous-même, il existe plusieurs programmes que vous pouvez essayer.

Si vous êtes débutant, essayez Tinkercad. Il s'agit d'une application de conception 3D basée sur un navigateur qui est très simple à apprendre. Pour plus d'informations, consultez ce guide pratique. Si vous avez besoin de quelque chose d'un peu plus avancé, vous pouvez utiliser Solidworks, AutoCAD, Fusion360 ou tout autre logiciel de modélisation 3D.

Enregistrez ou téléchargez le modèle au format .stl

Qu'est-ce qu'un fichier .stl ? C'est un format de fichier de stéréolithographie. Ce type de fichier utilise un réseau de polygones pour décrire un objet 3D. C'est le type de fichier par défaut le plus simple avec la plupart des logiciels d'impression 3D.

Dans Tinkercad, cliquez sur Exporter une nouvelle fenêtre apparaîtra puis sélectionnez .STL

Dans Solidworks, cliquez sur Fichier-> Enregistrer sous. Une nouvelle fenêtre apparaîtra. Choisissez le type de fichier .stl.

Découpeur

Ouvrir un modèle

Votre fichier .stl contient un ensemble de triangles dans l'espace 3D. Si vous l'envoyez à une imprimante 3D, elle ne saura pas quoi faire. Un slicer « découpe » l'objet 3D en couches, puis génère du code machine. Différentes imprimantes fonctionnent mieux avec différentes découpeuses. Les découpeuses doivent être téléchargées sur votre ordinateur. Cependant, tous nos ordinateurs disposent de tous les logiciels pour chacune de nos imprimantes.

Envoyer le code à l'imprimante

L'Ultimaker = Cura

1. Ouvrir le fichier dans Cura
2. Sélectionnez les paramètres que vous souhaitez pour votre impression. (Pour plus d'informations sur les paramètres de l'imprimante et les autres choses que vous pouvez faire dans ce programme, cliquez ici)
3. Enregistrer dans un fichier. Assurez-vous que vous enregistrez sur la carte SD

Commencer l'impression

Commencer votre impression est très simple. Enregistrez simplement votre fichier sur une carte SD et cliquez sur Imprimer.

Ultimaker

1. Enregistrez votre fichier sur une carte SD. Toute taille de carte SD fonctionnera.
2. Marchez jusqu'à l'imprimante et insérez la carte dans la fente pour carte SD située à l'avant de l'imprimante.
3. Allumez l'imprimante. Il y a un interrupteur marche/arrêt situé sur le côté gauche de l'Ultimaker. C'est aussi un bon moment pour s'assurer qu'il y a du filament chargé dans l'imprimante.
4. A l'aide du bouton, sélectionnez imprimer. Pour "sélectionner", il suffit d'appuyer sur le bouton. Cela vous amènera à la page de la carte SD, faites défiler les fichiers et sélectionnez le vôtre. Habituellement, les fichiers les plus récents se trouvent au bas de la liste. La sélection du fichier devrait lancer votre impression.

Choisir vos paramètres de découpeuse en tant que débutant

Étant donné que les Ultimakers sont les imprimantes les plus fréquemment utilisées au Makerspace, cet article se concentrera sur l'utilisation de la découpeuse "Cura", en particulier la version Cura 4.x.x. Bien que cet article puisse être spécifique à Cura, le logiciel est basé sur un moteur open source, donc les mêmes principes et paramètres doivent être appliqués à n'importe quel découpeuse. Cet article se concentrera uniquement sur l'interface de paramètres "Recommandés" pour débutants.

Choisissez votre imprimante 3D

Après avoir installé Cura, vous serez invité à sélectionner votre modèle d'imprimante 3D. Si vous imprimez dans le Makerspace, cela signifie que vous devez sélectionner l'Ultimaker 2+ ou l'Ultimaker 3 dans la fenêtre "Ajouter une imprimante non réseau". Une fois sélectionnée, votre fenêtre Cura devrait maintenant afficher une représentation visuelle du volume d'impression disponible à l'intérieur.

Chargez votre modèle 3D

Une fois la bonne imprimante 3D sélectionnée, chargez votre modèle (fichier .stl ou .obj) dans Cura. Cela peut être fait en faisant glisser le fichier et en le déposant dans la fenêtre Cura, en cliquant sur Fichier -> Ouvrir les fichiers (Ctrl+O), ou en cliquant sur l'icône "En forme de dossier".

Choisissez votre hauteur de couche

Sous la fenêtre "Paramètres d'impression", vous remarquerez un curseur appelé "Profils - Par défaut", avec des nombres allant de 0,06 à 0,6. Les chiffres font référence à la hauteur de la couche (parfois appelée « résolution ») en millimètres, qui correspond à la hauteur verticale (axe Z) de chaque couche de plastique posée par l'imprimante. Plus la hauteur de la couche est basse, plus l'impression sera longue, mais la qualité verticale (pentes) sera meilleure. Si votre modèle manque de pentes ou de courbes verticales, les numéros de hauteur de couche inférieurs prendront plus de temps à imprimer, sans ajouter d'améliorations majeures à la qualité.

Pesez le pour et le contre pour votre modèle spécifique, décidez de la hauteur de couche que vous souhaitez utiliser et cliquez avec le curseur sur la hauteur de couche que vous souhaitez imprimer. Dans la plupart des cas, des hauteurs de couche de 0,15 mm devraient être un bon équilibre entre vitesse et qualité.

Choisissez votre pourcentage de remplissage

Pour économiser de le matériel, plutôt que de remplir complètement une impression d'une pièce solide avec du plastique, les imprimantes 3D imprimeront ce qu'on appelle un "remplissage". Les remplissages sont généralement un motif en forme de grille qui donne à une pièce imprimée en 3D une rigidité et une densité. Le curseur "Remplissage (%)" vous permet de sélectionner la densité (en pourcentage) du motif de grille à l'intérieur du modèle, 0% étant complètement creux et 100% étant complètement solide. Plus le pourcentage de remplissage est élevé, plus votre pièce sera solide, mais plus l'impression sera longue.

C'est une idée fausse que 100% est toujours la meilleure solution pour créer une pièce solide. Bien que 100 % de remplissage créera la pièce la plus résistante possible, le rapport entre le temps d'impression et la résistance de la pièce se détériore à mesure que vous augmentez la densité de remplissage, en particulier après environ 60 %. La sélection de 100 % est donc souvent une perte de temps et de matériel par rapport aux remplissages inférieurs.

En d'autres termes, si votre pièce ne subira aucune contrainte mécanique, nous vous recommandons de sélectionner un pourcentage de remplissage compris entre 5 et 20 %. Si des contraintes élevées sont attendues et donc de la force est requise, utilisez au maximum 60%.

Supports

Les tours de support sont des colonnes de matériel imprimé (généralement le même matériel que votre modèle imprimé), conçues pour ajouter un support à toutes les "zones non imprimables" pendant le processus d'impression. Les tours de support sont conçues pour être "faciles à retirer" une fois l'impression terminée (cependant, vous constaterez peut-être que ce n'est pas toujours le cas), et pour de nombreux modèles, il peut être nécessaire d'activer les supports afin d'assurer une impression réussie. Une fois votre impression terminée, vous devrez retirer le matériel de support avec vos mains, ou avec une pince à fine si nécessaire.

Idéalement, vous auriez conçu votre modèle pour avoir le moins possible de porte-à-faux ou de pièces suspendues, bien que parfois cela soit inévitable. En cochant la case "Support" sur Cura, le logiciel générera automatiquement des tours de support pour toutes les zones de votre impression que le logiciel détermine comme "zone difficile" (surplombs, pièces suspendues en l'air, etc.). Si vous ne savez pas si votre modèle a besoin de supports, gardez la case cochée pour plus de sécurité.

Adhésion

Vous remarquerez que cette case est cochée par défaut. Dans le contexte de la fenêtre "Paramètres recommandés" sur Cura, "Adhésion" fait référence à un mince "bord" extérieur de plastique imprimé autour du modèle (il existe différents types d'adhésion, qui seront expliqués en détail dans l'article avancé) . Ce bord est pour s'assurer que la pièce reste en place pendant le processus d'impression. Le bord du plastique devrait se décoller très facilement, c'est donc extrêmement bénéfique et il n'y a presque aucun inconvénient à activer ce paramètre. En tant que débutant, nous vous recommandons de garder cette case cochée.

Quand utiliser les supports?

Sans supports, l'impression de la lettre "T" entraînera un échec ou une qualité réduite.

Contrairement à la lettre "T", l'impression de la lettre "Y" sans supports sera réussie.

Les supports sont l'un des contributeurs les plus importants à la qualité de votre impression, pour le meilleur ou pour le pire. Étant donné que les imprimantes 3D ne peuvent pas défier la gravité, la plupart des modèles avec une géométrie suspendue dans les airs nécessiteront une forme de structure de support pour assurer une impression réussie. Cependant, étant donné que les structures de support entreront en contact avec votre modèle, des cicatrices de surface se formeront à ces points de contact, et autoriser des supports pour une impression qui ne les requiert pas entraînera une mauvaise qualité sans pour autant fournir un avantage. L'utilisation de supports lorsqu'ils ne sont pas nécessaires entraîne également un gaspillage de plastique et plus de temps perdu à les retirer par la suite. Ainsi, être capable de reconnaître quand les supports NE SONT PAS nécessaires, et savoir quels paramètres utiliser sont des compétences essentielles pour un passionné d'impression 3D !

Surplomb

Imaginez imprimer en 3D la lettre majuscule "T" dans une orientation verticale. Cela serait appelé un « surplomb »,parce qu'une partie de la lettre « T » surplombe les côtés gauche ou droit de la lettre. Étant donné que l'imprimante 3D n'est pas capable de déposer des couches de plastique plates et uniformes dans les airs, cette impression échouerait très probablement ou entraînerait une qualité "filante" sur les surfaces en surplomb. Un surplomb de style "T" serait un exemple d'un surplomb qui nécessiterait l'utilisation de supports.

Cependant, tous les surplombs ne nécessitent pas de supports, imaginez imprimer en 3D la lettre majuscule "Y" dans une orientation verticale. Cela serait également appelé un surplomb, puisque le haut du "Y" dépassera des côtés gauche ou droit. On peut penser qu'en raison des surplombs, des supports seraient nécessaires, cependant, l'impression du "Y" sans aucun support entraînerait une impression réussie. Étant donné que les parties en surplomb du "Y" s'inclinent progressivement vers le haut et que les imprimantes 3D fonctionnent couche par couche, chaque couche de la "partie en surplomb" sera supportée par la couche précédente. Ces parties en surplomb sont souvent décrites par le terme "angle de surplomb", et un angle de surplomb inférieur à 45° est généralement sans danger pour l'impression sans supports. Étant donné que le "T" a un angle de surplomb de 90° avec la verticale, il serait considéré comme dangereux d'imprimer sans supports.

Par conséquent, lors de la conception de modèles pour l'impression 3D, évitez les surplombs de style "T" et utilisez autant que possible des angles de surplomb de 45° (ou moins). Si vous imprimez un modèle avec des surplombs, essayez de le réorienter pour minimiser la quantité de surplombs de style "T". Par exemple, orienter la lettre « T » de manière à ce qu'elle repose à plat sur le lit garantit que les supports ne seront pas nécessaires.

Ponts

Les ponts sont des sections en surplomb qui sont soutenues par deux ou plusieurs sections de modèle (par exemple : la section médiane d'un H est un pont). Il peut être possible d'imprimer des ponts sans l'utilisation de supports, mais il faut veiller à optimiser les paramètres des imprimantes (température plus basse, vitesse de ventilation plus élevée, etc.) pour limiter les bavures. Le réglage d'une imprimante ou l'adaptation d'un découppage pour le pontage nécessitent une compréhension approfondie des principes fondamentaux, et ceux-ci ne seront abordés que dans un module d'apprentissage d'impression 3D plus avancé.

Ôter les supports

Le retrait des supports peut également déterminer si l'on veut les utiliser. Dans les impressions utilisant des tailles de buses plus grandes (buse plus chaude, flux de matériau plus élevé), les supports peuvent être fermement fusionnés au modèle en cours d'impression. Dans de tels cas, le retrait des supports peut être extrêmement difficile. Cependant, lors de l'utilisation de paramètres optimaux, les supports seront faciles à retirer. Ils se cassent généralement avec peu d'effort. Une paire de petites pinces à long bec peut également s'avérer très utile lors du retrait des supports.

Dépannage d'un échec d'impression

Beaucoup de choses peuvent mal se passer lors de l'impression 3D. Heureusement, l'utilisation des paramètres recommandés devrait toujours fonctionner correctement et, par conséquent, le diagnostic d'une impression défaillante est assez facile. Voici un ensemble de problèmes, les causes possibles, ainsi que les correctifs potentiels.

Tableau de dépannage lors de l'impression 3D par DFF

Problème	Cause possible	Solution possible
Gauchissement	Pas assez/trop de contact de la surface de base du modèle avec le lit d'impression	Utilisez un brim ou un raft (adhésion)*
Mauvaise adhésion		Utilisez un brim ou un raft (adhésion)
	Lit d'impression inégal/Lit trop éloigné de la buse à la couche initiale	Re-nivellez le lit d'impression
Aucune extrusion	Aucun filament restant	Remplacez la bobine de filament
	Bloquage de filament	Débouchez de la buse de l'imprimante (gardez à l'esprit qu'il est rare que ce soit la solution correcte)
Sous-extrusion		Demandez à un employé de Makerspace de vous aider pour un diagnostic plus approfondi
	Le mécanisme d'avancement du filament a mangé au travers le filament	Retirez le filament du mécanisme d'acheminement. Utilisez la fonction de changement de matériau pour accélérer l'enlèvement. Pendant que le mécanisme tourne pour retirer le matériau, tirez légèrement sur le filament, à l'arrière de l'imprimante pour que le mécanisme s'accroche. Casser le filament au niveau de la section où le filament a été broyé, nettoyer l'extrémité en la coupant. Transférez à nouveau le matériau dans l'imprimante, en vous assurant que le bon matériau est choisi dans le menu.
	Filament humide	Disposition de la section humide du filament (0,25 à 0,5 m de long) et recharger
L'impression n'est pas à niveau	Modèle pas bien assis sur le lit (dans le programme de découppe)	Utilisation de la fonction snap to bed dans votre découpeuse (si disponible), ajout d'un brim pour visualiser quelles sections plates sont bien assises sur le lit
Bavures	Aucun support tandis qu'ils soient requis	Ajout de supports

*Though it may be counterintuitive to increase part base area with a brim when the issue is that the base surface is too large, using a brim permits heat dissipation, reducing warping and making the brim sacrificial if warping does occur regardless (reducing the impact to the part).

Ce qu'il ne faut pas imprimer sur une imprimante 3D

Les imprimantes 3D sont extrêmement polyvalentes et idéales pour le prototypage rapide, mais il y a des choses que vous ne devriez pas imprimer sur une imprimante 3D, soit parce qu'il existe une meilleure façon de le faire, ou parce que les fonctionnalités que vous essayez d'imprimer ne vont tout simplement pas bien imprimer.

Fils de machine

Les fils de machine sont probablement la dernière chose que vous voulez essayer d'imprimer en 3D. Les fils sont bien trop petits pour bien ressortir. Vos filetages ne seront pas beaux et vos vis ne se visseront pas correctement. Si vous avez vraiment besoin d'un filetage machine dans votre conception (ce qui est typique des conceptions), envisagez d'utiliser un insert thermique (simple ou double palette selon la résistance à l'arrachement que vous recherchez) ou un insert expansible pour le plastique (bien qu'en expansion les inserts pourraient exercer trop de pression sur la pièce et la diviser). Des encarts peuvent être disponibles dans le Makerstore, mais sont autrement disponibles sur les pages précédemment liées. Assurez-vous de spécifier les trous dans vos conceptions conformément à la fiche technique fournie. Cela simplifiera grandement le processus d'insertion.

Boîtiers électroniques

Bien sûr, nous avons tous grandi entourés de plastique comme matériau principal des boîtes. Ce n'est pas faux. Lors de l'emballage de l'électronique, un matériau isolant est définitivement recommandé. Cependant, un boîtier électronique entièrement imprimé en 3D peut être une perte de temps. Les impressions prendront du temps et il est probable que les 8 heures qui vous sont allouées pour une impression au Makerspace ne seront pas suffisantes. Les concepteurs doivent remarquer que les boîtiers électroniques plus grands ont souvent de grandes sections plates. Les grandes sections plates sont tellement plus faciles à découper au laser qu'à imprimer en 3D. Envisagez de découper de grandes sections plates de vos conceptions en les remplaçant par des panneaux découpés au laser. Sinon, envisagez de découper au laser la majeure partie de votre boîtier ! Voir la page Découpe laser pour les ressources de conception.