Le rôle du guide-fil

Cette pièce est fixée sur le bloc chauffant dans le prolongement de la buse. Elle a un rôle très important, car elle permet de relier la partie chauffante au reste de la tête, et guide aussi le fil vers le bain de fusion.

Le guide-fil est souvent serré sur la buse avec laquelle il doit assurer une étanchéité parfaite pour garantir toute fuite de fluide. Le perçage qui le traverse, qui doit en outre avoir une rugosité minimale, doit être assez large pour absorber les irrégularités dimensionnelles de la matière, et assez étroit pour que l’effort de poussée soit toujours au maximum axial (pas de courbure du fil pour limiter les frottements). Le diamètre courant pour un fil de 1,75mm est de 2mm.

Cet élément doit relever le défi de guider le fil tout en limitant les efforts de frottements. Certaines matières ont une fâcheuse tendance à devenir collantes avec leur montée en température. Il est donc crucial pour une impression sans colmatage de maitriser son refroidissement. 

Cette pièce doit guider du plastique subissant 3 états:

L'état pâteux dans le bain de fusion en partie basse (en rouge sur la vue en coupe).

L'état solide dans sa partie haute ce qui permet la poussée (en vert).

L'état plus ou moins caoutchouteux dans la zone de transition entre les deux autres parties appelée "transition visqueuse" (en orange).

La déformation de cette dernière lors de la poussée génère l’étanchéité du bain de fusion, mais pas seulement. Elle engendre aussi beaucoup d’efforts de frottement, au point que si sa longueur est trop importante elle empêche l’extrusion. Le fameux "colmatage" courant avec le PLA.

Prenons donc le cas du bioplastique PLA (acide polyartic):

Son point de fusion, qui peut varier suivant ses additifs, commence environ au-delà de 150°. Quant à sa rigidité, elle est conservée jusqu'à une température proche des 65°. La partie caoutchouteuse se forme donc approximativement entre 65° et 150°.

Pour éviter le colmatage, il faut que la zone caoutchouteuse soit la plus réduite possible. Pour cela, il faut faire descendre la température en dessous de 65° le plus rapidement possible au-delà du bloc de chauffe. 

Pour l’entrainement d’un fil de diamètre 1,75mm, l'idéal est de ne pas dépasser 3 à 4mm, car au-delà, la puissance d’entrainement nécessaire peut entrainer plusieurs problèmes conduisant à l'arrêt de l'impression:

- Le premier concerne la poulie crantée. Elle peut patiner sur le fil et l’usiner.

- Le deuxième concerne la puissance du moteur. Le couple délivré par celui-ci peut être insuffisant, il peut donc se bloquer.

- Le troisième est l'excès de pression de la poulie d'entrainement sur le fil pour éviter le patinage. Il peut entrainer un aplatissement du fil qui va se bloquer à l'entrée du guide. S'ensuit alors un des 2 problèmes précédents.

Les solutions couramment utilisées pour éviter ces problèmes sont de deux ordres:

- 1) Dissiper la température du guide-fil au plus près du bloc de chauffe.

Pour y parvenir, la première action est de réaliser une gorge pour réduire la section à la sortie du bloc. Sa température va se dissiper partiellement quand cette petite section va chauffer la partie du guide-fil qui a conservé sa section d’origine. C’est le même principe qu’avec les couverts que nous utilisons pour manger. Il y a une réduction de la section entre la partie qui est au contact de la nourriture chaude et celle que nous avons en main. Cette réduction de section fragilise l'élément, c’est pourquoi il faut choisir un matériau résistant, mais pas trop cassant pour sa confection. L’inox est un choix judicieux . Cette modification est souvent complétée par l’adjonction d’un dissipateur à ailettes autour du canon, lui-même équipé d'un ventilateur. Cette solution a quelques inconvénients:

Une hauteur de la tête importante et un poids accru qui peut obliger à réduire la vitesse de déplacement de la tête à cause de l’inertie générée.

Il faut garder aussi à l'esprit que plus vous dissipez la chaleur, et plus vous diminuerez le rendement de la tête, c'est à dire la capacité de la cartouche à fondre rapidement le plastique. Cette limitation peut contraindre, là aussi, à réduire la vitesse d’impression.

 2) Réduire les frottements dans le guide-fil

Pour réduire le frottement, un tubage intérieur est effectué à l’aide d’un tuyau en PTFE (Teflon).

Cette solution a aussi un inconvénient, car le Téflon ne supporte pas les températures supérieures à 260°, ce qui en limite l’usage.

Par exemple, pour le plastique ABS l’extrusion se fait entre 220° et 260°. Il faut prendre en compte que pour une température en bout de buse à 240°, le coeur du bain de fusion est souvent supérieur à 300°. Il y a donc un risque que le tuyau soit soumis à des températures supérieures à ce qu’il peut supporter, ce qui provoquera une dégradation irréversible du système.

 

Si vous souhaitez modifier ou réaliser votre propre imprimante, il est important d'avoir ces contraintes en tête pour orienter vos choix techniques.

 

Vous trouverez un complémentent d'information sur le tubage des guides-fil ici.

 

 



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Commentaires: 3
  • #1

    paul (mercredi, 07 mars 2018 18:48)

    Très bien rédigé et pédagogue!.
    Une petite remarque à part : J'ai un problème gros de colmatage et lis des choses pour solutionner.
    1) Il y a le tube PTFE dont j'aimerai connaitre les dimensions pour un filament 1.75mm.
    2) PS : Pourquoi ne pas installer un système de refroidissement du genre Cooler water au lieu de ces ailettes pour les processeurs d'ordinateur?
    Pour essayer de répondre à ma question, vous aller dire "attention à la rentabilité de la buse chauffante, donc à la lenteur". Mais quitte à augmenter la t°de la cartouche (en cherchant la bonne équation pour ne pas retomber dans le colmatage!), je pense que cette lenteur ne serait plus et la grande différence de t° deviendrait bénéfique à la poussé.
    Vous en pensez quoi? .

  • #2

    Paul (mercredi, 07 mars 2018 19:14)

    Quand je parlais de water cooling sans même avoir recherché je tombe sur ce lien de chez tobeca!: http://www.tobeca.fr/technologie/tete-dimpression-a-eau/

  • #3

    Genapart (jeudi, 08 mars 2018 15:36)

    Bonjour,
    Concernant votre première question, le diamètre intérieur du tube que vous devez utiliser est de 2mm. Pour le diamètre extérieur, cela dépend de celui du guide-fil. Si ce dernier a un diamètre de 6mm fileté, le Ø du tube devra être de 3mm. La largeur de la section périphérique du guide-fil sera alors ≈ (6mm - (≈1mm de pas) - (3mm de tube))/2 ≈ 1mm. Le minimum pour garantir la solidité de ce dernier.
    Si vous ne l’avez pas déjà lu, vous pouvez trouver d’autres informations dans notre article « À propos du Téflon dans les guides-fil ».

    Concernant le refroidissement par liquide, celui-ci n’a pas d’influence particulière sur le rendement de l’extrudeur. Que le refroidissement soit effectué par air ou par eau, le guide-fil doit être maintenu dans la même fourchette de températures.
    Le watercooling est une solution utilisée depuis longtemps comme alternative pour le refroidissement. E3D propose d’ailleurs depuis quelques mois sa solution constituée d’un kit de refroidissement destiné à la tête Titan Aqua.
    Bien qu’efficace, cette solution a des inconvénients qui l’ont rendue marginale pour le moment:
    - Le coût: La tête nécessite des usinages plus complexes, et le système à besoin d’une pompe et d’un dissipateur externe.
    - Les fuites de fluides: Les ordinateurs ont souvent souffert de ce problème alors que leur système est statique. Dans le cas de l’impression, la tuyauterie est en mouvement, ce qui implique une conception et une réalisation de l’ensemble irréprochables.
    - L’encombrement: Les raccordements de tuyauteries sur la tête peuvent être pénalisants, et trouver une place pour insérer la pompe et le dissipateur peut s’avérer compliqué dans certaines imprimantes.

    Cette solution est à utiliser quand les techniques simples ne donnent pas satisfaction. Mais, malgré l’investissement qu’elle implique, elle ne garantit pas une utilisation sans problème.
    À mon avis, avec une bonne conception et de bons réglages, notamment pour éviter que la surchauffe d‘un moteur ne se propage au guide-fil, quand celui-ci est situé sur le même bloc, les solutions « traditionnelles » sont généralement suffisamment adaptées aux besoins courants.