Imprimante 3D : Choisir sa buse et son extrudeur

L'extrusion joue un rôle primordial dans la réussite de vos impressions 3D. Le dépôt du filament fondu par la buse constitue la dernière étape du long processus qu'est la fabrication additive.

Dans cet article, nous traiterons des critères qui doivent déterminer le choix du métal dont est faite la buse. Nous verrons également les impacts du diamètre final de la buse. Pour finir, nous évoquerons l'importance du système d'entrainement dont la conception influe par exemple sur la capacité de la machine à imprimer du filament flexible.

I - Les matériaux

La buse en laiton est la plus répandue dans l'impression 3D de bureau, elle est compatible avec la grande majorité des matériaux et se décline en plusieurs diamètres selon vos besoins (précision ou grands débits). Il existe aussi d'autres matériaux comme l'acier inoxydable et l'acier trempé pour l'impression de matériaux corrosifs et abrasifs.

Les buses en laiton :

buse-laitonLes buses en laiton sont les plus courantes dans l'impression 3D. La quasi totalité des imprimantes 3D est équipée en usine d'une buse en laiton. Elles permettent l'impression des matériaux les plus répandus et les plus communs tels que le PLA, l'ABS, le flexible, le nylon… Ce "standard" s'explique par les capacités thermiques du laiton, les plus adaptées à l'impression 3D. Aussi si vous avez un doute lors du choix de matériau de la buse, le laiton est la solution la plus universelle.

Les buses en acier inoxydable :

buse-inoxLa conductivité thermique de l'acier étant moins bonne que le laiton, il est plus difficile d'atteindre de haute vitesse avec une buse en acier inoxydable. Alors pourquoi utiliser une buse en acier inoxydable ? Ce métal permet d'imprimer des matériaux corrosifs pour les buses en laiton, à ne pas confondre avec les matériaux abrasifs que nous verrons plus tard. Ce type de buse permet aussi d'imprimer des objets pour des applications spécifiques où la faible teneur en plomb présente dans les buses en laiton n'est pas acceptable.

buse cuivre imprimante 3DLe cuivre plaqué avec du nickel :

Le cuivre est un métal disposant d'une conductivité thermique 3x supérieure à celle du laiton. Cela permet une accélération du temps de chauffe et un meilleur contrôle de la température durant l'impression. Les buses en cuivre assurent des impressions à plus de 500°C. De plus, la buse est plaquée avec du nickel. Cela réduit l'adhérence du plastique sur le nez et assure des impressions plus propres.

L'acier trempé :

buse-acierL'utilisation de buse en acier trempé permet l'impression de matériaux abrasifs (qui usent par l'action d'un frottement) comme la fibre de carbone. A titre d'exemple il faudrait utiliser trois buses en laiton classique pour imprimer 750g de filament chargé en fibre de carbone, alors que l'usage d'une buse en acier trempé permet d'imprimer plusieurs kilos.

II - Les différents diamètres

En plus des différents matériaux il existe aussi des diamètres de buses variant de 0.2 mm à plus d'1 mm : d'une précision accrue à des débits d'impression très importants.

diametres

De 0.2 à 0.35 mm

Un petit diamètre de buse impacte sur la précision de l'impression. Plus le diamètre du nez est faible, plus l'impression sera potentiellement précise (attention la précision de l'impression 3D ne dépend pas que de ce critère).

Logiquement combiné à de faibles hauteurs de couches, les temps d'impression sont fortement augmentés.

De 0.4 à 0.6 mm

Le diamètre 0.4 mm est le diamètre le plus commun des imprimantes 3D. L'impression d'objets avec ce type de buse permet d'obtenir des résultats satisfaisants au niveau de la vitesse et de la précision des impressions. Privilégiez ce type de buse pour l'impression d'objets communs ne nécessitant pas une extrême précision ou un très grand volume d'impression.

0.8 mm et +

Pour réduire les temps d'impression, la solution la plus efficace consiste à augmenter les hauteurs de couches. Mais pour rappel, il ne faut pas dépasser une hauteur de couche supérieure à 80% du diamètre de sortie de la buse. Aussi pour augmenter fortement les hauteurs de couches, il faut forcément augmenter les diamètres de buses. C'est bien l'objectif de cette gamme de diamètre de buse, de 0.8 à 1 mm. A privilégier pour de grands volumes ou de grandes quantités d'impression.

Le kit dit "VOLCANO"

Comme nous venons de le voir pour réduire les temps d'impression il faut augmenter les hauteurs de couches et donc les diamètres de buses. Mais en augmentant les diamètres de buse, on augmente la quantité de matière à monter en température. Une tête classique ne sera pas en capacité à faire chauffer le filament suffisamment "rapidement" avec un diamètre de sortie de 1 mm.

Afin d'optimiser la diffusion de chaleur par la cartouche chauffante le corps de chauffe en aluminium est placé verticalement. Ainsi, le volume de chauffe est plus important et permet un meilleur débit de filament fondu.

III - Les extrudeurs

L'extrudeur est un élément capital pour une bonne impression 3D, c'est lui qui détermine la bonne quantité de filament à extruder et qui amène le filament jusqu'à la buse. Peu nombreuses sont les machines qui acceptent nativement le filament flexible. Pourquoi ? Car leur extrudeur n'est pas adapté (Voir l'article concerné). Cela témoigne de l'importance de cet élément déterminant pour la qualité des impressions 3D.

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Les premiers extrudeurs présents sur le marché fonctionnait selon le principe d'une roue dentée entrainée par le moteur en face de laquelle se trouvait un roulement à bille. Ce type d'entrainement est mal adapté à l'acheminement du filament flexible.

Puis les extrudeurs à double entrainement ont vu le jour. Le filament est alors entrainé de chaque côté par une roue dentée. Une première roue est en prise directe sur le moteur extrudeur. L'autre roue est entrainée via un système d'engrenage sur l'arbre du moteur extrudeur. La force et la régularité de l'entrainement sont largement amélioré.

IV - Extruder à haute température

Sur la grande majorité des imprimantes 3D, la température maximale d'impression ne dépasse pas les 300°C. Ceci s'explique pour deux raisons : la présence de PTFE dans la zone de chauffe et la thermistance, petite boule en verre, ne résistant pas à plus de 300°C. Pour pallier à ce problème il est possible d'utiliser des têtes dites "full metal". Elles ne possèdent pas de PTFE dans la zone de chauffe. Pour la mesure de température il faut remplacer la classique thermistance PT-100 par un thermocouple. Avec cette configuration, il est possible d'imprimer les matériaux les plus exigeants jusque 400°C.