Imprimante utilisée dans nos tests

Cette imprimante a été entièrement développée par nos soins. Elle utilise une double tête d'impression compacte, unique, qui combine un haut rendement énergétique, une température jusqu'à 350° et une impression sans colmatage.

Elle dispose aussi d'un plateau stable et précis allant jusqu'à 140°

     Caractéristiques:

  • 2 têtes d'extrusion 40W. Température maxi 350°. 
  • Diamètre de fil: 1,75mm
  • Diamètre des buses 0,4mm de base
  • Courses en impression 2 matières: X=292, Y=262,  Z=202 (volume: 15,45dm3). La prochaine version aura un volume de 17,55dm3 (X=300, Y=260,  Z=225)
  • Précision de déplacement en X et Y = 0,015mm
  • Précision de déplacement en Z = 0,0008mm
  • Plateau chauffant 280W. Température jusqu'à 140°
  • Matières utilisables: PLA, ABS, PVA, FLEX, PC, Nylon, HIPS, Wood...
  • Débit d'extrusion maxi 22mm3/s par tête
  • Vitesse de déplacement maxi en X et Y = 300mm/s
  • Vitesse de déplacement maxi en Z = 16mm/s
  • Guidages des axes, par bagues en bronze et axes en acier trempé et chromé
  • Équipée de détecteurs d'anomalies d'alimentation matière (fin de bobine, fil cassé ou noué)
  • Pilotage par ordinateur via câble USB
  • Fonctionnement autonome grâce à l'écran, avec sélecteur de menus, doté d'un lecteur de carte SD
  • Firmware: Repetier 0.92.9
  • Affichage de l'activité de chauffage du plateau et des têtes, par diodes en façade
  • Éclairage zone d'impression
  • Tension d'alimentation: 230v
  • Tension de fonctionnement: 12v
  • Alimentation interne 12V / 400W
  • Positionnement des bobines à l'intérieur de l'imprimante
  • Supports bobine Ø20mm x 100 mm, amovibles sans outillage
  • Immobilisation des bobines par clips
  • Diamètre de bobine maxi: 200mm
  • Dimensions: L 53,5cm,  P 47cm,  H 49,5cm (+22cm de tuyaux d'alimentation matières)
  • Poids: 28kg

     La conception de cette imprimante est basée sur un nombre important de pièces standards, dont les pièces d'usure, pour permettre une maintenance durable sans dépendre d'un fournisseur.

Les pièces spécifiques sont:

- Les parties en tôle qui composent la structure, et quelques éléments de la tête d'impression.
- Les pièces imprimées (en ABS ou PLA suivant leur fonction) pouvant être reproduites par l'utilisateur si besoin.
- Quelques pièces usinées composant la tête.


     En face avant se trouve l'écran d'affichage des menus avec le sélecteur rotatif, mais aussi trois diodes qui témoignent de l'activité de chauffage du plateau et des têtes. 

La carte SD s'insère à gauche de l'écran.

La façade comporte aussi l'interrupteur de mise sous tension ainsi que celui de l'éclairage de la zone d'impression.

     Le firmware utilisé est celui de Retetier, associé à une carte RUMBA (Reprap Universal Mega Board with Allegro driver).

Cela permet:

- La gestion des 2 moteurs des têtes, des 2 moteurs X et Y et des 2 moteurs de l'axe Z.

- La gestion des ventilateurs de refroidissement de la zone d'impression.

- Le pilotage automatique des ventilateurs frontaux en fonction de la température des buses.

- Le déclenchement automatique du ventilateur de refroidissement de la carte de pilotage pour la prévenir d'une éventuelle surchauffe.

- Le chauffage du plateau et des 2 têtes, ainsi que la gestion de leur sonde de température respective.

- La gestion autonome de l'imprimante au travers de l'écran et de son lecteur de carte SD.

- La gestion des contrôleurs d'alimentation de la matière.

 

     La tête est composée de:

- 2 buses de 0,4mm

- 2 ventilateurs latéraux avec déflecteur amovible

- 1 carter de protection des blocs de chauffe contre la ventilation

- 2 ventilateurs frontaux pour stabiliser la température du système d'entrainement, et dissiper une partie de la chaleur produite par les moteurs et la fusion de la matière.

 

La tête n'est constituée que de métal (pas de parti en PTFE) ce qui permet une température de buses allant jusqu'à 350°. Les sondes ne disposent pas d'isolant en téflon, mais en fibre de verre. Grâce à sa conception unique, le PLA est imprimé sans colmatage (vous pouvez trouver le bloc de chauffe ici).

Elle peut, par exemple, imprimer sans problème une pièce en PLA avec des supports en ABS, qui pourront être détachés à l'acétone. Ou encore, imprimer une pièce en nylon encastré à sa base dans du PLA, pour faciliter l'adhérence au plateau et limiter les déformations. PLA qui est détachable à l'eau bouillante.

Quant à son débit maximum de 22 mm3/s, il ne sature pas les résistances.

 

Ci-dessus la diffusion de la température dans le guide-fil en fonction de celle indexée pour la buse (valeurs à vide, température ambiante: 22°).

Ci-dessus l'activité de la cartouche chauffante en fonction de la montée en température de la buse (valeurs sans extrusion) 

En plus de bénéficier d'une plage de températures plus importante et d'éviter le colmatage, cette conception permet aussi une réduction de l'encombrement.

Les moteurs sont situés sur la tête elle-même pour assurer la précision du flux matière.

La pression d'entrainement du fil est ajustable par molette.

 

     Le guidage des axes X et Y, est constitué de coussinets en bronze autolubrifiants. Ils offrent un meilleur guidage, génèrent moins de vibrations et moins de bruits que les douilles à billes. Ils ont de plus une durée de vie plus importante.

Les guides sont eux en acier trempé (63Hrc) chromé en surface pour réduire le coefficient de frottement.

 

     Le plateau n’est mobile que dans l’axe Z, ce qui permet des mouvements X et Y rapides sans incidence sur la tenue ou la qualité des pièces, notamment celles avec un rapport  base / hauteur réduit. Il est maintenu en position par 2 vis, ce qui lui assure une stabilité et une horizontalité, quel que soit le poids de l'impression, ce que ne permettent pas les plateaux dotés d'une seule vis entre les guides (couramment utilisé).

Ce plateau chauffant est constitué d’une structure en aluminium de 5 mm (4mm dans la prochaine version) sur laquelle est placée une plaque de verre de 4 mm. Celle-ci est amovible facilement en retirant les 4 pinces de faible encombrement. L’épaisseur de la plaque garantit la rigidité de l’ensemble au regard de la surface, et permet une bonne inertie calorifique.

Après l’utilisation de résistances bobinées, le plateau évolue vers plus de puissance (280W contre 200W précédemment) et plus de finesse. Il utilise maintenant une plaque en silicone, celles-ci étant devenues standard.

Le volume global du plateau (plaque + verre) lui permet une bonne stabilité de température, même quand la ventilation est en fonctionnement pour refroidir la zone d’impression. Cela évite le décollement intempestif des pièces.

Ci-dessus la courbe de montée en température du plateau chauffant

 

          Les courroies de transmission sont des HTD L9 (denture haute) renforcées en fibre de verre, ce qui permet de limiter les dérives de positionnement à vitesses élevées.
 
     La structure de l'imprimante (acier 15/10mm) est conçue pour pouvoir supporter des accélérations importantes, ainsi que des vitesses de déplacement supérieures à 300mm/s avec un minimum de vibrations.
 
     La partie inférieure de l'imprimante, où se situent le transformateur basse tension et l'électronique, est ventilée par le dessous de la machine. Il n'y a pas d'ouverture vers la zone de travail ni sur les côtés, ce qui évite de polluer et donc de dégrader l'électronique.
 
     Les bobines de matières sont placées par l'avant, à l'intérieur de l'imprimante dans un volume "inutilisé". Celui-ci correspond à la zone mécanique arrière nécessaire au fonctionnement de l'axe Y (inaccessible aux buses). Cela permet de réduire l'encombrement de l'imprimante (elle peut se placer contre un mur) et permet de visualiser la matière en permanence en cours d'impression.
Ces supports sont amovibles manuellement, et l'immobilisation des bobines se fait par "clipsage" d'une butée en bout d'axe.

Les axes font un diamètre de 20mm pour accueillir une grande variété de matières.

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Commentaires : 5
  • #1

    marc (lundi, 05 décembre 2016 23:41)

    très belle machine que j'aimerais bien réaliser mais je n'ai pas encore vos compétences , mais je m'interroge sur l'axe Z, comment être sur qu'un moteur aura le même positionnement que l'autre dans le temps (chauffe,frottement,usure)? a part un étalonnage de temps en temps?
    Employer des supports en plastique c'est plus légers (moins d'inertie) mais c'est plus sensible à la chaleur donc de décaler les axes?
    merci

  • #2

    Genapart (dimanche, 11 décembre 2016 14:47)

    Il n’y a pas de problème de synchronisation. Quand l’imprimante est en fonctionnement les moteurs sont asservis, et quand elle est éteinte, c’est le poids du plateau qui assure l’immobilité des vis. Le pas étant faible par rapport au coefficient de frottement vis / écrou, il n’y a pas de glissement possible par gravité (cette conception est beaucoup plus stable et fiable que les plateaux en porte à faux)
    L’axe Z, au même titre que les X et Y, s’initialise sur une butée fixe, ce qui lui garantit une répétabilité de positionnement.
    Comme toute machine, un contrôle de la planéité du plateau peu être nécessaire, mais cela reste peu fréquent malgré le décollage des pièces et le nettoyage de la surface qui sont toujours effectués vitre en place dans l’imprimante.

    Concernant les pièces en plastique, elles sont pour la plupart en ABS et ne sont pas soumises à des températures qui altèrent leurs fonctions.
    Comme pour toute matière et tout process de fabrication, il faut choisir l’utilisation et le design appropriés pour chaque pièce. Certains usinages complémentaires sont réalisés, par exemple pour les supports d’axes qui ne sont pas utilisés bruts d’impression, mais sont alésés comme le seraient des pièces métalliques. Ces éléments, outre les avantages qu’offre l’impression, sont légers, isolent électriquement, ce qui évite les perturbations électromagnétiques des composants entre eux, ils absorbent les vibrations et limitent les bruits.
    Il est important d’être crédible: Comment venter les mérites de l’impression 3D et ne pas l’utiliser dans la confection de sa propre machine? Au contraire, après des années d’utilisation, cela a prouvé les qualités de ce process , quand celui-ci est maîtrisé.
    Mais malgré le soin apporté à la conception et à la réalisation, il est important de tester sur la durée pour valider chaque élément. Cette version à 2 ans et totalise un nombre important d’heures d’impression dans des conditions très variées (double extrusion, température de buses jusqu'à 350°, vitesses jusqu’à 200mm/s, vitesses d’utilisation courante 100mm/s, remplissage interne des pièces presque toujours en nid d’abeille, ce qui est stressant pour la mécanique). À ce jour, aucune rupture, ou amorce de rupture d’aucune pièce et aucun desserrage de fixations.
    Les résultats très concluants de ces tests nous incitent d’ailleurs à analyser la possibilité d’utiliser l’impression pour d’autres pièces.

  • #3

    Thierry (mercredi, 08 février 2017 18:31)

    Bonjour
    J aimerai bien construre cette imprimante existe t'il des plans
    et des listes du matériel utiliser, les fichiers pour imprimer les parties plastiques
    Merci

  • #4

    Genapart (samedi, 11 février 2017 11:45)

    Bonjour,
    Le développement de notre imprimante ayant nécessité de nombreuses heures de R&D, nous ne souhaitons pas diffuser les plans pour le moment. Par ailleurs, différentes modifications sont en cours d’étude et devraient donner lieu à une nouvelle version.
    Malgré tout, sachez que l’intérêt que vous portez à notre travail nous encourage à poursuivre nos efforts, et nous vous en remercions.

  • #5

    Rémi (mardi, 18 juillet 2017 14:37)

    Bonjour,
    Votre site et remarquable, et vous apportez beaucoup de réponses quant à mes diverses questions sur l'impression 3D FDM, tous les sujets sont traités avec pragmatisme, voilà un excellent travail qui donne une référence technique et un bon point d'approvisionnement, Bravo !!!
    Pour ma part, j'ai commencé mon initiation à l'impression 3D avec une Dagoma. La customisation et la compréhension de cette machine a été une bonne école.
    Aussi, je viens de découvrir votre site et là, je trouve tous les éléments que j'ai longuement rechercher. Cette découverte m'encourage pour passer tout de suite à la double extrusion avec une nouvelle machine.
    Dès que vous serez prêt à diffuser quelque complément d'information (illustration ou photo) de votre ouvrage, je serai bien sûr preneur et vous en remercie par avance.
    Bien à vous !