Évaluer les performances d'une imprimante

Connaitre les performances réelles de son imprimante n’est pas chose aisée, pourtant maitriser ses possibilités et ses limites est primordial pour une bonne utilisation.

Si vous avez acheté votre machine, les informations techniques fournies par les fabricants sont souvent parcellaires. D’éventuels tests disponibles sur le Net peuvent vous aider, mais ils sont pour la plupart réalisés avec l’impression d’un seul objet et sur la base de réglages « standards », qui auront tendance à avantager un matériel plutôt qu’un autre, puisque parfois mal adaptés. De plus, la précision dimensionnelle des pièces est rarement évaluée.
Pour ceux qui ont la chance d'avoir réalisé leur imprimante eux même, la maitrise des caractéristiques est du coup beaucoup plus facile. Mais, quelle que soit l’origine de votre précieuse machine, lui faire passer quelques tests vous aidera grandement à déterminer ce qui lui convient le mieux.

La performance peut s’exprimer par 3 critères principaux qui n’ont pas la même priorité pour chacun: la rapidité d’impression, la qualité esthétique des pièces, et leur qualité dimensionnelle.


Intéressons-nous pour commencer à la rapidité. 4 facteurs principaux sont susceptibles de la limiter: les paramètres inscrits dans le firmware (théoriquement en corrélation avec les capacités de l’imprimante), les limites mécaniques, la puissance des motorisations, et le débit disponible de la tête pour une matière donnée (souvent sous-estimé)


Limite firmware et capacités mécaniques
Les paramètres du firmware limitent entre autres, les accélérations des moteurs, leur vitesse, ainsi que la température des buses. Il ne faut pas penser que, par exemple, si on demande au trancheur de générer une impression à 200mm/s, quelle va forcément être exécutée pas l'imprimante. Cette dernière peut réduire la vitesse et vous n’en saurez rien. Si vous remarquez des écarts importants entre le temps d’impression théorique de votre trancheur et le temps réel d’impression, il y a de fortes chances que certains mouvements soient limités. Il est pour cela important de mettre en adéquation les réglages réels de l’imprimante avec ceux du trancheur. Malgré tout, des petits écarts seront quand même présents en fonction des limites d’accélérations qui sont difficiles à calculer précisément. Elles génèrent d’autant plus de dérives qu’il y a de petits déplacements.
Pour déterminer les limites de votre imprimante et adapter en conséquence ses paramètres internes, vous devez faire quelques tests.
Pour commencer, augmentez significativement les valeurs de déplacements que vous voulez évaluer dans le firmware pour qu’elles ne vous contraignent pas. Testez ensuite le comportement de la machine (en impression ou à vide, suivant ce que vous ciblez) en augmentant progressivement la vitesse jusqu’à atteindre une limite fonctionnelle, esthétique ou dimensionnelle. Ces 2 derniers facteurs sont à l’appréciation de chacun et à déterminer en fonction de vos attentes.
Les points à surveiller lors de l'analyse des vitesses de déplacements sont, la capacité des courroies à transmettre fidèlement les mouvements, la limite de puissance des moteurs lors des déplacements et des changements de direction, et le comportement de la structure en fonction de l’inertie générée par les parties en mouvement.
Pour ceux qui utilisent le firmware Repetier et Repetier-host, ils permettent une fonction « dry » (à vide) ce qui permet de simuler une impression sans activer l’extrusion. Cela facilite grandement les tests d’étalonnage des mouvements.
Une fois déterminé, réduisez systématiquement la valeur limite que vous avez trouvée quand vous l’intégrez au firmware pour aménager une plage de sécurité.


Pour déterminer la limite de vitesse d’impression, c’est souvent la capacité d’extrusion de la tête qui est déterminante.

Important: si vous voulez modifier la température limite d'une tête pour une quelconque raison, prenez en compte que la chaleur relevée sur la buse est moins importante que dans certaines autres parties. Il n’est par rare d’avoir 100° de plus dans les zones en périphérie de la résistance. C’est pourquoi il faut être vigilant à ne pas autoriser des températures qui pourraient détériorer des éléments de la tête, notamment les éventuelles pièces en téflon (PTFE).

 

Capacité d'extrusion
Pour déterminer à quelle vitesse maximum à laquelle la matière peut être déposée, faites des tests avec les types de matières que vous utilisez le plus souvent. Placez la tête à plusieurs centimètres au-dessus du plateau pour éviter de contraindre l’extrusion et avoir un bon visuel. Faites là chauffer à la température adéquate, puis procédez à l'extrusion de manière continue en augmentant progressivement la vitesse. Quand la matière ne sort plus régulièrement, vous avez atteint la limite. Gardez la vitesse obtenue précieusement et faites la même mesure avec la ventilation à différentes vitesses (ex: 50%, 75%,100%). Attention, cela suppose que vous soyez toujours en dessous des limites inscrites dans le firmware. Contrôlez sa valeur et ajustez là au besoin. Si vous n’avez pas accès à ce paramètre et que vous ne constatez pas de limite à la vitesse d’extrusion, c’est que le firmware la bride en deçà du seuil physique possible pour votre matière.
Le débit que vous avez trouvé va déterminer la vitesse maximum que vous pourrez demander à votre machine pour les conditions déterminées (matière, avec ou sans ventilation).
Imaginons que vous ayez trouvé 7mm/s avec un fil de Ø1,75mm, cela représente un débit de ((1,75/2)^2*π)*7 ≈ 16,84 mm3/s.
Si vous utilisez une buse de Ø 0,4mm, la hauteur de couche maxi est ≈ 80% du diamètre, soit 0,32mm, et la largeur du dépôt est de 0,48mm (≈ Ø buse + 20%).
La tête limitera donc la vitesse d’impression à: 16,84/(0,32*0,48), soit ≈ 110mm/s pour la hauteur de couche maxi. Cette vitesse étant proportionnelle à la hauteur de couche, on aura pour 0,2mm une vitesse maximum de 175mm/s.

Attention, lors de vos tests, contrôlez que le % d'activité de la résistance chauffante n'est pas à saturation. En effet, le débit maximum peut être déterminé soit, par la limite de transfert calorifique entre le bloc chauffant, la buse et la matière, soit par l'incapacité de la résistance à chauffer l'ensemble par manque de puissance.

Il est prudent d'avoir une marge de 10 à 15% quand vous déterminez le débit maxi d'une matière.

 

Qualité esthétique
Comme déjà évoquée, la qualité esthétique est plus arbitraire, et dépend du seuil d’exigence de chacun. Lors de l’impression, votre imprimante se comporte comme lors d'un enregistrement de nos bons vieux vinyles, elle va figer dans la matière toutes les vibrations, les écarts de positionnement ainsi que les variations du dépôt de matière.

L’étalonnage des vitesses admissible pour ce critère est à déterminer en faisant des essais d’impressions à différentes vitesses, en s’assurant encore une fois de ne pas être bridé par le firmware.
Pour optimiser la qualité d’impression, il y a quelques principes non exhaustifs à respecter:
    -    Avoir une structure la plus rigide possible pour absorber l’inertie des éléments mobiles.
    -    Avoir un minimum de jeu dans les éléments mobiles pour limiter les vibrations.
    -    Respecter les règles mécaniques de base. Par exemple, éviter la fixation des éléments de guidage avec des colliers de nylon. Ils sont destinés au maintien des câbles électriques et n’assurent en aucun cas le serrage et la rigidité nécessaire à des contraintes mécaniques. Les guidages sont le référentiel de l’imprimante et ne doivent pas s’adapter à des défauts géométriques ou fonctionnels.
    -    Ne pas avoir de poulies excentriques, car cela génère des variations de positionnement.
    -    Avoir des courroies bien tendues et ne pas mettre de ressorts de tension, car ils absorbent une partie des mouvements en se déformant. Si la structure de l’imprimante est rigide et que les poulies « tournent rond » ils sont inutiles.

    -    Avoir un plateau rigide et stable.
    -    Avoir des déplacements sur les guides sans points dures.
    -    Avoir une tête d’impression performante pour obtenir un dépôt de matière homogène.
    -    Utiliser une matière au diamètre bien calibré, et sans bulles.

À partir d’ici les commentaires vont concerner principalement les imprimantes cartésiennes, car les imprimantes Delta ont leurs particularités propres.

 

Qualité dimensionnelle
La qualité dimensionnelle des pièces est importante quand on les destine à un usage mécanique. Pour connaitre les limites d’une imprimante dans ce domaine, quelques tests suffisent. Imprimer un cube avec un diamètre vertical au centre permet déjà de se faire une idée. Testez ce cube à des vitesses différentes pour déterminer quel impact celles-ci ont sur les résultats. Imprimez aussi des pièces longues et hautes pour déterminer le niveau de précision sur les grandes dimensions et voir si les écarts sont proportionnels aux longueurs.
Pour améliorer la précision d’une imprimante, il faut déjà faire attention aux éléments cités plus haut à propos de la qualité esthétique, auxquels il faut ajouter un soin particulier à la géométrie de l'ensemble. Veillez à avoir des guides qui soient rigoureusement parallèles ou perpendiculaires entre eux. Un étalonnage de déplacements précis s'impose aussi.
Pour déterminer les bons paramètres de déplacement à insérer dans le firmware, le plus accessible pour le commun des mortels et de se munir d’un pied à coulisse.
Pour chaque axe, déterminez la zone de prise de cotes la plus aisée et la plus fiable (répétable). Relevez une cote (moteur toujours sous tension) sans exercer une pression excessive, puis faites un déplacement le plus long possible en fonction de la capacité du pied à coulisse et de l’imprimante. Renouvelez l’opération plusieurs fois pour déterminer la fiabilité de vos relevés et faire une moyenne. Il est préférable de toujours commencer par un petit déplacement dans le même sens avant de prendre la première mesure pour rattraper un éventuel jeu, ou une distension de courroie. Après avoir changé les valeurs du firmware, contrôlez systématiquement le résultat.
Pour la mesure de l’axe Z une jauge de profondeur, souvent présente sur les pieds à coulisse, est préférable. Il faut bien veiller à prendre la cote verticalement. Pensez toujours à rattraper les jeux vis / écrou en faisant avant un déplacement dans le même sens que celui destiné à la mesure.
Une autre méthode consiste à faire un repère sur la vis et d’effectuer ensuite un déplacement correspondant à un multiple du pas de la vis. Si le repère ne se retrouve pas au même endroit, mesurez l’écart angulaire de la dérive pour calculer la correction à effectuer.
Soyez vigilant à avoir des déplacements d’axes libres et sans contraire pour éviter les petites variations de déplacement. Si vous avez des adaptateurs flexibles entre les moteurs et les vis de l’axe Z, ayez en tête que la plupart ne sont ni plus ni moins que des ressorts. En cas d’effort, ils vont absorber une partie du déplacement.
Si vous constatez une déformation des diamètres imprimés verticalement, il y a 2 causes principales possibles; une différence d’étalonnage entre les axes X et Y, ou une mauvaise tension de la courroie sur l’axe correspondant à l’allongement du trou. Une courroie à un « brin tendu » qui est la partie qui subit la traction, et un « brin mou » qui est l’autre partie. Dans un changement de direction, le brin mou devient le brin tendu et inversement. Si le brin mou est trop distendu, il va s’opérer un retard de déplacement au changement de direction jusqu’à ce qu’il se retende. Un défaut de rigidité de la structure peut avoir le même effet.
Après ces réglages, si vous rencontrez une dérive dimensionnelle identique quel que soit la dimension de la pièce, il s'agit sans doute d’un mauvais paramétrage de la largeur de matière déposée, que vous devez modifier dans votre trancheur (normalement ≈ au Ø de buse + 20%).
En aparté, on peut noter qu’a qualité égale, de par leur conception, les imprimantes cartésiennes sont plus précises que les Deltas dont le mouvement pendulaire introduit plus de dispersions. Par contre, ces dernières sont généralement moins couteuses.

L’étalonnage de la vitesse d'extrusion du fil est important aussi.
Si le flux de matière ne correspond pas à celui attendu, la largeur du dépôt va être influencée.
Pour contrôler ce paramètre, assurez-vous que le système d’entrainement est bien réglé et extrudez un peu de matière. Mesurez ensuite une longueur de fil de 110mm en partant du point d’entrée de celui-ci dans la tête, puis repliez un petit bout d’adhésif sur le fil pour marquer la valeur. Extrudez 100mm de matière, puis contrôlez que l’adhésif se trouve à 10mm au-dessus de votre point de mesure. Si ce n’est pas le cas, renouvelez l’opération pour vérifier d’éventuelles variations. Corrigez la valeur dans le firmware en conséquence, et contrôlez le résultat.

Ce sujet étant très vaste, j’espère avoir abordé l’essentiel des points qui peuvent vous permettre de mieux évaluer les capacités réelles de votre imprimante, et éventuellement de pouvoir les améliorer.



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Commentaires : 3
  • #1

    Nicolas LEBARBEY (samedi, 23 avril 2016 11:44)

    Bonjour
    Vous vendez en kit votre imprimante hydra ?

  • #2

    Genapart (samedi, 23 avril 2016 14:19)

    Bonjour,
    Nous sommes désolés, mais notre imprimante n’est pas à vendre pour le moment.
    Toutefois, si un intérêt significatif se manifestait pour la voir proposée à la vente, nous nous ferions un plaisir de mettre en place les moyens nécessaires à sa commercialisation.
    Vous pouvez nous joindre par mail pour nous donner votre avis, ou laissez un commentaire sur la page www.genapart.com/accueil/imprimante-genapart/ qui dispose maintenant de cette possibilité.

  • #3

    Salmane (mardi, 04 avril 2017 17:26)

    Article très intéressant !!!