Trous trop petits, pourquoi?

Nous l’avons tous constaté, les trous imprimés ont une fâcheuse tendance à être plus petits. Mais pour quelles raisons?
Les causes sont variées et se cumulent souvent…

Je vous propose dans ce sujet d'aborder les différentes causes liées au problème de sous-dimension des trous. Quelques une ont une forte incidence, d’autres un impact très limité, et certaines ne concernent que les diamètres.

Tour d'horizon:

 

  • La première de ces causes concerne l’étalonnage des déplacements.

Quand un mouvement physique ne correspond pas aux commandes contenues dans le GCode, les dimensions de l'objet imprimé sont immanquablement altérées.

Par principe, ne vous fiez pas à un calcul théorique pour paramétrer votre firmware, mesurez les déplacements réels! Prenez toujours en compte que tout composant a des tolérances dimensionnelles qui influent sur le résultat final.
Contrôlez les déplacements sur une distance assez longue pour atténuer les aléas de mesures, par exemple 10cm, et effectuez la mesure après avoir fait un premier petit déplacement dans le même sens pour rattraper d’éventuels jeux ou distensions de courroie.
Faites plusieurs mesures pour vérifier la répétabilité de vos relevés, et corrigez les valeurs de votre firmware si nécessaire en vous basant sur la moyenne.
Ne négligez pas l’axe Z, car outre une mauvaise dimension de la hauteur de vos pièces, vous risquez d’avoir un surplus de matière (ou un défaut) qui va affecter les dimensions sur les axes X et Y.

 

  • Dans les causes évidentes, on trouve aussi l’étalonnage de la matière extrudée.

Si celle-ci ne correspond pas à ce qui est demandé, vous aurez là aussi des variations dimensionnelles.

En cas d’excès, la matière va s’expanser au-delà de ce qui est calculé par le trancheur, et générer des modifications des cotes extérieures.
Contrôlez le débit de vos têtes d’impression en vous assurant au préalable de chauffer à la température requise pour le filament utilisé. Vérifiez aussi qu’il n’y a pas de risque de patinage de votre système d’entraînement.
Pour rappel, le contrôle du débit se fait à l’entrée du système d’entraînement, et non pas en sortie de buse.
Pour parvenir à un réglage correct, vous pouvez par exemple placer un adhésif pincé sur le fil à 110mm avant votre point de mesure à l’entrée de l’extrudeur. Demandez par l’intermédiaire de votre logiciel de pilotage une extrusion de 100mm, puis mesurez la distance résiduelle. Si celle-ci ne fait pas 10mm, corrigez votre firmware en conséquence et vérifiez toujours le résultat, de préférence sur plusieurs mesures.

  

  • Un des phénomènes qui peut fortement impacter les dimensions concerne la rétractation des pièces.

Toutes les matières se dilatent sous l’effet de la chaleur et se rétractent en refroidissant, les matériaux utilisés dans l'impression 3D n'y échappent pas. Cet effet est bien connu des utilisateurs sous le nom de « warping ».
 Le résultat, outre une propension à vouloir décoller les pièces du plateau, est d’obtenir des pièces parfois fortement sous-dimensionnées. 
Pour réduire cet effet, il est recommandé d’utiliser des matériaux dotés d’une faible sensibilité à la rétractation. Dans ce domaine de gros progrès ont été faits par les fournisseurs de filaments pour proposer différentes gammes de produits. Il convient à chacun de choisir en fonction des caractéristiques souhaitées pour l’objet à créer, des capacités de l’imprimante et du coût du matériau.


D’une manière générale, on obtient des résultats corrects (de l'ordre de quelques 1/10mm) avec les matériaux standards actuels comme le PLA et l’ABS, à condition de pouvoir refroidir l’impression au fur et à mesure pour pouvoir déposer les couches sur les précédentes déjà stabilisées.

L'incidence de la rétractation est malgré tout difficile à maîtriser précisément à l'avance, car chaque pièce a des spécificités qui lui sont propres et qui vont influencer plus ou moins la géométrie en fonction des réglages choisis.

Dans ce combat, l'expérience acquise sur la matière et le paramétrage de votre imprimante sont vos meilleurs atouts.

 

  •  Parlons maintenant d'une des causes impactant le plus les dimensions: la perte de déplacement lors d’une inversion de direction.


Pour les axes utilisant un entraînement par courroies, cet effet mécanique est occasionné par l'absorption d'une partie du déplacement consommé à retendre la courroie. Le phénomène du brin mou / brin tendu.


 

 

Pour limiter ce problème, vous devez en premier lieu avoir une structure d’imprimante suffisamment rigide pour absorber les efforts de tension des courroies sans générer de phénomènes élastiques.


Vous devez ensuite tendre suffisamment les courroies pour ne pas avoir de distension du brin mou. Vous pouvez le contrôler facilement près des poulies de renvoi, vous ne devez pas percevoir de détente des brins lors de changements de direction. Tout retard entraînera systématiquement une réduction des dimensions de la pièce, et notamment des trous.


Évitez les ressorts de tension de courroie, car par nature ils se déforment et peuvent de ce fait engendrer des variations dimensionnelles.


Pour ceux qui utilisent des vis pour le déplacement des axes, choisissez des éléments avec le moins de jeux possible, car ces derniers réduiront la taille de vos pièces au même titre qu'une tension de courroie insuffisante.

      Il faut noter que pour les imprimantes delta, cette influence est un peu différente, car les 3 courroies interagissent simultanément, même pour le déplacement sur un seul axe, ce qui peut accentuer le défaut.

 

 

Nous abordons maintenant les éléments ayant un plus faible impact.

  • Le chevauchement des parcours extrudés.

Ce réglage qui occasionne par essence un surplus de matière est indispensable pour la bonne cohésion de l’ensemble imprimé. Bien que le flux de matière soit adapté par le logiciel de tranchage pour en limiter l'impact, celui-ci reste légèrement présent.

Dans la mesure du possible, privilégiez le sens d’impression de l’extérieur vers l’intérieur, pour que le dépôt extérieur soit bien à sa place et que la dilatation éventuelle se fasse à l’intérieur de la pièce. Dans cette configuration, l’aspect esthétique des surfaces est généralement légèrement supérieur.
Le sens d’impression de l’intérieur vers l’extérieur apporte lui un meilleur résultat sur les volumes en porte à faux, car le sillon extérieur (partiellement dans le vide) est maintenu par son chevauchement avec le sillon précédent puisqu'il est réalisé en dernier.

 

  • La façon dont est déposée la matière par rapport au calcul théorique peut avoir aussi une petite influence.

En effet, le volume de matière à déposer est calculé par le trancheur sur une base rectangulaire (largeur et hauteur). Dans les faits, le bord de la couche extérieur est légèrement bombé ce qui provoque, à volume égal, une petite excroissance sujette au dépassement par rapport à la cote théorique.

Plus la couche est fine, et plus l’effet est réduit. Par contre, la finesse de couches accentue l’impact dimensionnel des défauts de maîtrise de l'extrusion.

 

  • Abordons maintenant l’incidence que peut avoir le fichier géométrique de la pièce sur la réduction des diamètres imprimés.

Qu’une pièce soit conçue par un logiciel utilisant une combinaison d’arcs de cercles et de droites, ou uniquement des droites, elle doit être exportée dans un format compatible avec nos trancheurs pour pouvoir être exploitée. Hors, le format STL  couramment utilisé, ou encore le format OBJ, ne gèrent que des polygones. Cela implique que toutes les formes, trous cylindriques en tête, sont converties en un maillage de segments de droites.

Bien que relativement limitée, cette transformation va générer une perte dimensionnelle des diamètres et courbes d’autant plus importante que la résolution est faible, comme vous pouvez le voir sur le schéma. Il est donc important, si vous souhaitez imprimer des diamètres avec une précision satisfaisante, de ne pas trop réduire cette résolution lors des différentes étapes de création, et principalement lors de l’exportation au format d’utilisation.

 

Vous pouvez évaluer l’incidence de la résolution sur le diamètre final en utilisant le petit calculateur ci-dessous dans lequel vous indiquez le diamètre initial, et le nombre de droites constituant sont maillage

 

(utilisez le "." et non la "," comme séparateur décimal)


Diamètre : mm
Nombre de droites :

  

Diamètre interne réel :

 

 

  • Pour finir cette liste, parlons de la répartition de la matière de part et d’autre de l’axe de la buse dans l’impression d’un cercle.

D’une manière générale, pendant l’impression, la matière est déposée de façon symétrique de part et d’autre de l’axe de la buse. Si cela convient aux lignes droites, et même si l'incidence est très faible, il n’en va pas de même pour les cercles, les courbes, et pour les changements de direction.

Quand on détaille l’impression d’un cercle, on constate une petite dérive propice à réduire le diamètre. En effet, lors du dépôt, le volume à combler à l’extérieur de l’axe est plus grand que celui à l’intérieur alors que le volume déposé est le même. Il en résulte que le surplus de matière de la partie interne se propage pour aboutir à une très légère réduction du trou.
Même si on considère que le diamètre est constitué d’un maillage, le chevauchement engendré à chaque changement de direction aboutit à la même dérive.


Pour visualiser l’impact que peut avoir ce phénomène, vous pouvez utiliser le petit utilitaire ci-dessous. Indiquez le diamètre théorique du trou ainsi que celui de la buse pour obtenir la dimension corrigée.

 

(utilisez le "." et non la "," comme séparateur décimal)


Diamètre interne: mm
Diamètre de buse : mm

  

Diamètre interne réel :

 

 

     Comme pour tout autre moyen de production, et pour conclure, ayez toujours en tête les limites de votre imprimante lors d'une conception pour adapter au mieux vos pièces à ses contraintes.
Pensez aussi qu’il est souvent possible d’utiliser d’autres process pour parfaire vos réalisations en cas de besoins (perçage, alésage, usinage…)

 

Bonne impression à tous!



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