L'extrudeur est l'élément chargé de tirer le filament dans le hotend de manière à générer une pression suffisante à l'intérieur du hotend pour que le matériau fondu s'écoule de manière constante et homogène à travers la buse.
En fonction de la position de l'extrudeur, on peut distinguer deux types de systèmes d'extrusion : Direct et Bowden.
Systèmes d'extrusion directe
Dans les systèmes directs, l'extrudeur est situé dans la tête d'impression directement couplé au hotend et se déplace en tandem avec ce dernier. Parce qu'ils ont un chemin court et rectiligne vers le hotend, ils peuvent contrôler plus précisément la pression à la buse en utilisant des distances de rétraction plus courtes. En outre, comme ils se compriment moins pendant l'extrusion et qu'il n'y a pas de jeu dans le trajet vers le hotend, il est beaucoup plus facile d'utiliser des filaments souples et élastiques.
Il existe deux types d'extrudeurs directs : les extrudeurs standard et les extrudeurs compacts. Dans les extrudeurs directs standard, le dissipateur thermique sert d'élément de séparation entre le hotend et l'extrudeur. Ce type d'extrudeur minimise le transfert de chaleur entre le hoend et l'extrudeur, ce qui permet d'utiliser des matériaux à haute température sans problème de surchauffe dans l'extrudeur. Ils sont également moins susceptibles de subir le "Heat Creep" avec le PLA.
Les extrudeusrs directs compacts intègrent généralement le dissipateur thermique dans le boîtier même de l'extrudeur, ce qui permet de fixer directement le hotend à l'extrudeur et de réduire au minimum le trajet du filament. Ce type d'extrudeur est recommandé pour l'impression de filaments souples ou élastiques de faible dureté.
Image 1 : Extrudeur directe standard (à gauche) et compact (à droite). Source : Bondtech
Le principal inconvénient des extrudeurs directs est que, étant donné qu'elles sont intégrées dans la filière, elles en augmentent le poids, ce qui entraîne des inerties plus importantes pendant le mouvement. Par rapport aux systèmes bowden, il est conseillé d'utiliser des accélérations et des vitesses de changement de direction plus faibles. En général, presque tous les extrudeurs directs utilisent un filament de 1,75 mm.
Systèmes d'extrusion Bowden
Dans les systèmes Bowden, l'extrudeur reste fixe et conduit le filament jusqu'au hotend à travers un tube, généralement en PTFE. Ce type de système réduit considérablement le poids de la filière, ce qui permet d'utiliser des accélérations et des vitesses de changement de direction plus élevées par rapport aux systèmes directs. Cependant, ils présentent un inconvénient majeur : la longue distance entre l'extrudeur et le tube chauffant, ainsi que le diamètre interne plus important du tube Bowden, provoquent l'apparition de jeux et une plus grande compression du filament, ce qui rend plus compliqué le contrôle du rétrécissement. L'optimisation des matériaux, notamment des matériaux flexibles et élastiques, dans ce type de système est beaucoup plus complexe que dans le cas des systèmes directs. En outre, certains filaments flexibles et élastiques de faible dureté, ainsi que les filaments fragiles tels que les filaments métalliques ou céramiques, peuvent ne pas être imprimables sur certaines imprimantes équipées de ce type d'extrudeur.
Image 2 : Extrudeur avec configuration Bowden. Source : Bondtech.se
Les extrudeurs Bowden sont disponibles pour les filaments de 1,75 mm et 2,85 mm. Comme le format 2,85 mm nécessite des forces de traction plus élevées pour obtenir la même pression que le format 1,75 mm, il est conseillé dans ces cas d'utiliser des moteurs de forte puissance ou des moteurs avec réducteurs. En cas d'utilisation de filaments souples, il est toujours conseillé d'utiliser des systèmes compatibles avec un filament de 2,85 mm.
Calibrage et maintenance
Afin d'éviter les problèmes, il est important de régler et d'entretenir correctement le système d'extrusion. Il existe un certain nombre de points communs aux extrudeurs directs et Bowden qu'il est important de vérifier régulièrement.
1.Tension d'entraînement de l'extrudeur
La plupart des extrudeurs du marché comportent un système qui vous permet de régler la tension de traction du filament. Il est très important de régler ce paramètre correctement, car une tension trop faible fera glisser le filament, ce qui entraînera des problèmes d'absence d'extrusion ou d'extrusion irrégulière, tandis qu'une tension trop élevée provoquera des piqûres d'usure dans le filament qui réduiront sa section et pourront entraîner une défaillance de l'extrusion.
Image 3 : Morsure dans un filament causée par une tension excessive de l'extrudeur.
Une morsure du filament n'est pas toujours due à un problème de réglage de la tension de l'extrudeur. Parfois, cela peut être dû à un blocage dans le hotend. Pour trouver la cause du problème, le plus simple est de pousser le filament jusqu'à ce qu'il soit saisi par l'extrudeur et de vérifier si le plastique s'écoule normalement par la buse.
Image 4 : vis de réglage de la tension d'un extrudeur. Source : Bondtech.se
Il est conseillé de réajuster la tension chaque fois que vous passez à un matériau aux propriétés différentes. L'ABS, le nylon, le TPU ou le TPE peut requérir des réglages de tension très différents. Les étapes suivantes doivent être suivies pour régler la tension :
- Relâcher la tension autant que possible
- Démarrer l'extrudeur de l'imprimante 3D et charger le filament.
- Augmenter lentement la tension jusqu'à ce que les roues commencent à entraîner le filament et attendez que le plastique commence à s'écouler de la buse.
- Augmenter encore la tension jusqu'à ce que le plastique s'écoule de manière continue et régulière, si nécessaire.
La bonne tension est la tension minimale nécessaire pour tirer le filament de façon régulière.
2. Entretien des roues motrices
Les extrudeurs entraînent le filament au moyen de deux roues opposées, dont l'une au moins présente une surface striée ou rugueuse. Il n'est pas habituel que l'usure apparaisse sur ces roues, sauf en cas d'utilisation de matériaux abrasifs (filaments renforcés de fibres, métalliques ou céramiques). Si ces filaments sont utilisés régulièrement, il est conseillé de vérifier périodiquement l'état des roues et de les remplacer lorsqu'elles présentent des signes d'usure.
Image 5 : Roues d'entraînement du filament. Source : Bondtech.se
Outre le contrôle de l'usure des roues, il est également nécessaire de vérifier leur propreté. Au fil du temps, il est courant que des débris de plastique s'accumulent sur le filament en raison de la friction. Il faut les éliminer pour éviter qu'ils n'atteignent le hotend et ne provoquent un blocage. Le nettoyage peut être effectué à l'aide d'une petite brosse et, dans de nombreux cas, ne nécessite pas de démonter l'extrudeur, car beaucoup d'entre elles disposent d'une zone d'accès pour faciliter cette tâche.
Image 6 : Port d'accès pour le nettoyage des roues. Source : Bondtech.se
La dernière tâche d'entretien requise pour les roues consiste à lubrifier les zones d'engrenage, soit entre le moteur et la roue motrice, soit entre les deux roues dans le cas des systèmes DDG (dual drive geared). Il est très important d'appliquer de très petites quantités de lubrifiant, et uniquement sur les zones visées, pour éviter la contamination du filament ou la pénétration du lubrifiant dans le hotend.
3. Entretien des tuyaux en PTFE
La plupart des systèmes d'extrusion comprennent une section de tube en PTFE à un moment donné.
Dans les systèmes Bowden, un long tube en PTFE est utilisé pour conduire le filament de l'extrudeur au hotend. Il est très important d'utiliser des tubes en PTFE de bonne qualité avec des diamètres internes serrés et constants. Ces tubes en PTFE doivent être remplacés lorsqu'ils présentent des signes d'usure ou de détérioration, ainsi que lorsque des plis ou des entailles apparaissent.
Dans de nombreux systèmes directs, de petits segments de tube en PTFE sont également utilisés. Dans les systèmes dotés de hotends all-metal il est courant d'avoir un tube en PTFE qui conduit le filament des roues d'entraînement à l'entrée du brise-chaleur, tandis que dans les systèmes dotés de hotends no all-metal, ce tube en PTFE va jusqu'à la buse. Ce petit tube est généralement un élément consommable qui doit être remplacé fréquemment, notamment dans les hotends non all-metal. Il est conseillé de toujours utiliser ceux fournis par le fabricant du hotend, car ils comportent généralement une fraise ou un usinage spécial aux deux extrémités. Dans ces cas, l'utilisation de sections de tube PTFE standard coupées manuellement pose souvent des problèmes de colmatage, soit parce que le tube n'a pas la bonne longueur ou forme à l'entrée, soit parce que le diamètre interne n'est pas le bon.
Image 7 : Conception de l'insert en PTFE d'un extrudeur pour Prusa Mk3s+. Source : Prusa Research.
L'entretien et le réglage de l'extrudeur doivent toujours être accompagnés d'un entretien correct du hotend, car lorsqu'ils fonctionnent ensemble, les problèmes du hotend peuvent entraîner des problèmes dans l'extrudeur et vice versa.
