Maintenance basique du hotend

Le hotend est l'un des composants les plus importants d'une imprimante 3D FFF et celui qui subit le plus d'usure. Il est essentiel d'effectuer un entretien correct et de le contrôler périodiquement pour vérifier son état.

Il existe de nombreux types de hotends, qu'ils soient autonomes (par exemple, E3D V6) ou intégrés dans des têtes compactes (par exemple, Hemera, LGX FF), mais ils ont tous un certain nombre de composants communs.

Image 1 : Hotend intégré dans la tête compacte LGX. Source : bondtech.se

Les composants suivants peuvent être trouvés dans n'importe quel hotend :

• Buse : C'est l'élément par lequel le matériau fondu est extrudé.
• Cartouche chauffante : elle est constituée d'une résistance dont la fonction est de chauffer le bloc chauffant.
• Capteur de température : Il peut être de différents types : thermistance, thermocouple, PT100, ..... Sa fonction est de mesurer la température du bloc chauffant.
• Bloc chauffant : C'est l'élément chargé de transmettre la température à la buse et à la zone chaude du heatbreak.
• Heatbreak : Il s'agit de l'élément de rupture thermique. Sa fonction est de guider le filament vers la buse en l'empêchant de fondre prématurément. Il est composé d'une zone chaude et d'une zone froide et sa performance thermique est essentielle pour le bon fonctionnement du four. Il en existe deux types différents : All métal et insert en téflon. Le heatbreak all métal peut supporter des températures élevées, mais il est sujet au fluage thermique lorsque ses performances thermiques ne sont pas optimales. Le hotend avec insert en téflon empêche le filament de fondre à l'intérieur du heatbreak et minimise la friction à l'intérieur du heatbreak, mais il n'est pas recommandé pour les matériaux nécessitant des températures supérieures à 265°C.
• Dissipateur : C'est l'élément chargé de refroidir le heatbreak, en maintenant les zones chaudes et froides séparées. Elle peut être passive ou active.
  

Image 2 : Parties d'un hotend. Source : Peter Solomon Design.

Pour assurer le bon fonctionnement du hotend, il est nécessaire de vérifier l'état de chacun des éléments ainsi que l'assemblage de tous ces éléments.

Nozzle

Il s'agit d'un élément consommable et sa durée de vie est donc limitée. L'usure de la buse entraînera une augmentation du diamètre de la buse et une réduction de sa longueur. Cela se traduira par une extrusion incohérente qui détériorera la finition des pièces.

Il existe plusieurs facteurs qui accélèrent l'usure d'une buse. La plus courante est l'utilisation de matériaux composites. La présence de fibres ou de particules dans le filament provoque une forte abrasion des parois de la buse. Les filaments en fibre de verre ou de carbone, les filaments chargés de particules céramiques ou métalliques et les filaments phosphorescents sont particulièrement abrasifs.

D'autre part, le matériau dans lequel la buse est fabriquée définira également la durabilité de la buse. Les matériaux les plus courants sont les suivants :

• Laiton : ils ont une durée de vie très limitée, même avec des filaments non abrasifs. Il est conseillé de les remplacer souvent pour garantir une qualité d'impression maximale.
• Laiton ou cuivre nickelé : le nickelage confère à la buse une plus grande dureté de surface et donc une plus grande résistance à l'abrasion. Sa durabilité est très élevée avec des filaments non abrasifs et modérée avec des filaments abrasifs.
• Acier inoxydable : Ces buses sont développées pour des applications médicales et de contact alimentaire, mais ont une bonne durabilité avec des filaments non abrasifs. Bien qu'ils aient une durabilité modérée avec des filaments abrasifs, ils ne sont pas le choix recommandé.
• Acier trempé et similaires : ils ont une bonne durabilité lorsqu'ils sont utilisés avec des matériaux abrasifs et une très bonne durabilité avec des filaments non abrasifs. En général, la qualité d'impression n'est pas aussi bonne que dans les cas précédents en raison de la rugosité du matériau et de son adhérence avec le plastique fondu, mais certains incorporent des revêtements spéciaux qui résolvent ce problème.
• Avec pointe en rubis : le rubis est l'un des matériaux les plus durs et celui qui subit le moins d'usure, cependant seule la pointe de la buse est faite de ce matériau, qui est serti sur une buse en laiton. Il a une grande durabilité avec des matériaux non abrasifs et son principal avantage est qu'il ne perd pas sa qualité pendant sa durée de vie. Avec le temps, la partie en laiton s'use au point que la pointe en rubis se détache. Avec des matériaux très abrasifs, il est recommandé d'utiliser des buses en acier trempé.

Image 3 : Buses en laiton, cuivre nickelé et acier trempé. Source : Brozzl.com

Il est difficile d'estimer la fréquence de remplacement d'une buse, car elle dépend largement du matériau utilisé et de la température. Toutefois, à titre indicatif, les valeurs suivantes peuvent être estimées :

• Buse en laiton :
• Avec des matériaux non abrasifs : changer toutes les 200 heures d'utilisation.
• Avec des matériaux abrasifs : non recommandé.
• Buse en laiton nickelé
• Avec des matériaux non abrasifs : changer toutes les 1000 h d'utilisation.
• Avec des matériaux abrasifs : Changement toutes les 100 h d'utilisation
• Acier inoxydable:
• Avec des matériaux non abrasifs : changer toutes les 1000 h d'utilisation.
• Avec des matériaux abrasifs : 100 h
• Acier trempé:
• Avec des matériaux non abrasifs : utilisation non recommandée.
• Avec des matériaux abrasifs : 400 h
• Pointe de rubis:
• Avec des matériaux non abrasifs : quand le rubis se détache.
• Avec des matériaux abrasifs : quand le rubis se détache.

Cartouche de chauffage

La panne la plus fréquente liée à la cartouche chauffante est due à un problème de connexion. Les fils qui entrent dans la cartouche sont généralement protégés par deux gaines en plastique résistant à la température. Ces gaines ont tendance à se dégrader à l'usage, exposant le fil métallique. Dès que l'usure est évidente, la cartouche chauffante doit être remplacée, car la perte d'isolation des fils peut provoquer un court-circuit, un incendie ou des blessures graves pour l'utilisateur.

Capteur de température

Comme pour la cartouche chauffante, le point le plus délicat est la connexion du câble. Tout dommage au câble ou à sa connexion entraînera des mesures de température erronées et irrégulières. Si le câble est complètement rompu, la valeur de la température restera fixée à sa valeur maximale. Il est recommandé de vérifier fréquemment l'état des connexions.

Image 4 : Différents formats de thermistances NT100. Source : alibaba.com

Bloc de chauffage

Bien qu'il ne nécessite pas d'entretien spécifique, il est très important de le garder aussi propre que possible. Les débris de plastique accumulés peuvent se détacher et adhérer à la pièce pendant l'impression, provoquant des défauts esthétiques, voire des échecs d'impression. L'utilisation de manchons en silicone ou de peintures répulsives pour plastique peut aider à garder le bloc propre, en particulier lors de l'impression de matériaux tels que le petg. Si des manchons en silicone sont utilisés, il est conseillé de les retirer et de les nettoyer régulièrement et de les remplacer dès qu'ils commencent à se dégrader. Dans le cas d'une peinture antiadhésive, il est recommandé de renouveler l'application tous les 2 ou 3 tirages.

Image 5 : Étui en silicone E3D. Source : e3d-online.com

Heatbreak

Grâce à des heatbreaks entièrement métalliques, aucun entretien particulier n'est nécessaire. Si des matériaux abrasifs sont imprimés régulièrement, il est recommandé de démonter le heatbreak toutes les 500 heures d'utilisation pour vérifier l'usure de la gorge interne. Dès que des signes d'usure apparaissent, le heatbreak doit être remplacé.

Dans le cas des heatbreak avec des inserts en téflon, l'usure se fait directement sur l'insert. L'insert doit être remplacé toutes les 500 heures d'utilisation avec le PLA, toutes les 300 heures d'utilisation avec l'ABS ou le PETG et toutes les 80 heures d'utilisation avec les filaments abrasifs.

Dissipateur

Le heatbreak est généralement ancré directement sur un élément de dissipation thermique. Elle peut être passive (dissipateur à ailettes) ou active (dissipateur à ailettes + ventilateur). La capacité du heatbreak à dissiper la chaleur du côté froid du coupe-chaleur est essentielle pour éviter les problèmes. Un chauffage excessif de la zone froide peut entraîner le ramollissement et la compression du filament et provoquer un bourrage. Ce phénomène est connu sous le nom de "heat creep" et est courant lors de l'impression de PLA sur un hotend doté d'un heatbreak en métal.

Pour assurer une dissipation optimale de la chaleur, il est nécessaire d'appliquer de la pâte thermique dans la zone où le heatbreak rencontre le dissipateur. Il est conseillé d'utiliser des pâtes thermiques aux propriétés anti-adhérentes, comme le nitrure de bore, pour faciliter le démontage du dissipateur lors de révisions ultérieures.

Dans le cas de dissipateurs actifs, il convient de vérifier au début de chaque impression que le ventilateur fonctionne correctement. Certaines imprimantes contrôlent ce ventilateur de manière thermostatique, de sorte qu'il peut rester éteint jusqu'à ce que le bloc chauffant atteigne 50 ºC ou 100 ºC.

Montage

Comme chaque élément du hotend est fabriqué dans un matériau différent et que leurs coefficients de dilatation thermique sont également différents, il est fréquent que le joint entre eux se desserre en raison de changements soudains de température.
Il est très important de vérifier toutes les 2 ou 3 semaines que tous les éléments et les boulons du hotend sont correctement serrés.

Si la buse s'est desserrée, il faut la resserrer à chaud. Il est très important que le heatbreak et la buse soient étanches et en contact l'un avec l'autre, car un petit écart entre les deux provoquera une fuite de matière fondue et endommagera le hotend.

Image 6 : Fuite de plastique causée par un mauvais serrage du serre-fils. Source : forum.prusaprinters.org

Le fabricant doit être consulté pour connaître le couple de serrage optimal pour chaque hotend, car un couple de serrage excessif endommagera les filets du hotend. À titre de référence, E3D recommande un couple de 3 n-m pour ses hotends, tandis que Slice Engineering utilise 1,5 n-m. Si une valeur de référence du fabricant n'est pas disponible, un couple de l'ordre de 1-2 n-m peut être choisi.

Il est également important de vérifier les vis qui maintiennent la cartouche chauffante et le capteur de température.

Systèmes mixtes

Utilisez toujours des pièces de rechange originales ou au moins des pièces du même système. Bien que l'on puisse souvent penser qu'il y a compatibilité entre les composants de différents systèmes, car ils ont le même type de filetage, la longueur et les dimensions de chaque élément sont également très importantes. Les différents composants d'un bloc chauffant sont conçus pour fonctionner ensemble, et le mélange de composants qui ne font pas partie du même système peut entraîner un dysfonctionnement, voire endommager le hotend.

Changements de matériel

Lorsqu'un filament est retiré du hotend, il reste toujours des restes à l'intérieur. Lorsqu'un nouveau matériau dont la température d'impression est inférieure est chargé, il entraîne avec lui les résidus non fondus du matériau précédent, ce qui provoque un bourrage. C'est pourquoi le hotend doit toujours être nettoyé avec un filament de nettoyage chaque fois qu'un changement de matériau est effectué. A cet effet, 500 à 800 mm de filament de nettoyage seront extrudés à une température supérieure de 10°C à celle du dernier matériau utilisé.

Le ventilateur de revêtement

Bien que le ventilateur de couche ne soit pas un élément du hotend lui-même, il est généralement situé à côté de celui-ci. Un ventilateur de couche mal positionné peut diriger l'air directement sur le bloc, provoquant son refroidissement. Ainsi, le hotend n'atteint pas la température définie ou la température fluctue beaucoup, ce qui entraîne souvent une erreur de température dans l'imprimante. Dans ces cas, il est conseillé de tester la même impression avec le ventilateur de couche désactivé pour vérifier s'il s'agit d'un défaut dans le capteur de température ou si c'est l'effet d'une mauvaise position du ventilateur de couche.

Entrée du filament

La zone d'entrée du filament est l'un des points d'entrée de la saleté dans le hotend. Dans les systèmes Bowden, où le filament est guidé par un tube en PTFE jusqu'au hotend, l'entrée est protégée et il n'est pas habituel que de la poussière y pénètre. En revanche, dans les imprimantes à extrusion directe, l'entrée du filament peut être exposée à l'air, ce qui facilite l'entrée de la poussière dans le hotend. Dans ces cas, il est conseillé de guider le filament de la bobine à l'extrudeur à travers un tube en PTFE lorsque cela est possible. La poussière et la saleté qui pénètrent dans le hotend sont une cause fréquente d'obstruction.
De même, il est recommandé de garder les bobines de filament propres et d'éviter que la poussière ne s'y dépose, donc évitez de les laisser sur le support de l'imprimante s'il n'est pas protégé et rangez-les dans des sacs ou des boîtes fermés.

Imprimantes avec plusieurs hotends

Lorsque vous disposez d'une imprimante à plusieurs hotends, vous devez calibrer la position relative des hotends.

Vérifiez d'abord que la distance entre les hotends et la surface d'impression est la même. Pour ce faire, il faut fixer le hotend principale et mettre à niveau la base d'impression par rapport à celle-ci. Ensuite, la hauteur des autres hotends doit être ajustée par rapport au hotend principal. La façon de régler la hauteur varie d'une imprimante à l'autre, consultez donc le manuel de l'équipement ou le fabricant si vous ne savez pas comment procéder.

Une fois la hauteur des hotends définie, il est nécessaire de connaître la position relative XY de chaque hotend par rapport au hotend principal. En général, chaque fabricant fournit un fichier d'impression qui vous permet de calibrer le décalage XY de chaque four, bien qu'il existe également de nombreuses autres options dans des dépôts de fichiers bien connus. Dans ce cas, la position XY des hotends ne peut pas être modifiée, les valeurs de décalage seront donc entrées dans le microprogramme pour compenser la position pendant l'impression.

La hauteur des hotends doit être vérifiée toutes les deux semaines, tandis que le calibrage XY ne doit être effectué que lorsqu'un décalage ou un chevauchement des pièces imprimées avec chaque hotend est détecté.

Image 7 : Schéma de calibrage de l'extrudeur double pour les imprimantes Raise Pro2. Source : Raise3D.com

Le hotend est probablement la partie de l'imprimante qui demande le plus d'entretien, mais il est très important de le maintenir en bon état pour garantir une bonne qualité d'impression et minimiser le risque de panne.

Remarque : Ce guide aborde les concepts de manière générale et ne se concentre pas sur une marque ou un modèle particulier, bien qu'ils puissent être mentionnés à un moment donné. Il peut y avoir des différences importantes dans les procédures d'étalonnage ou de réglage entre les différentes marques et modèles, il est donc recommandé de consulter le manuel du fabricant avant de lire ce guide.