Thermistances et thermocouples. Types et problèmes courants

Les imprimantes 3D FFF peuvent utiliser différents types de capteurs de température, les plus courants étant les thermistances NTC, les thermocouples et les sondes PT100.

Thermistances NTC

Les thermistances sont le capteur le plus courant, le moins cher et le plus simple à mettre en œuvre, car elles sont connectées directement à la carte de l'imprimante. Il s'agit d'un élément dont la résistance électrique varie en fonction de la température. L'imprimante doit donc avoir la table RT (résistance en fonction de la température) du modèle spécifique utilisé préconfigurée dans son microprogramme. Si vous souhaitez remplacer une thermistance par un modèle différent, il est essentiel de modifier le microprogramme de l'imprimante en incluant la table RT spécifique du nouveau modèle, sinon, les mesures de température seront erronées. S'il n'est pas possible de modifier le micrologiciel de l'imprimante, la thermistance doit toujours être remplacée par une thermistance identique. Parmi leurs principaux inconvénients, on peut citer le fait qu'ils ne fournissent pas une réponse linéaire et qu'ils ne sont généralement pas adaptés aux températures élevées (supérieures à 300 ºC).

Image 1 : Thermistance NTC. Source : Filament2print

Les problèmes de thermistance ont deux causes principales :

• Configuration incorrecte des paramètres dans le microprogramme : comme mentionné ci-dessus, il est essentiel que le microprogramme de l'imprimante ait les valeurs RT spécifiques configurées pour un modèle de thermistance spécifique afin de convertir avec précision les valeurs de résistance mesurées en valeurs de température réelles. Tous les fabricants de thermistances fournissent des données RT pour chaque modèle, et les logiciels tels que Marlin ou RepRap FW incluent des tableaux RT pour les modèles les plus courants.

• Mauvais état des câbles ou des connexions : Un câble en mauvais état, une mauvaise connexion ou une longueur excessive de câble peuvent augmenter la résistance mesurée par la carte, ce qui entraîne des lectures de température erronées. Il est essentiel de vérifier périodiquement l'état des câbles et des connexions de la thermistance. La thermistance doit être connectée directement à la carte, en évitant l'utilisation de fiches de connexion ou de connecteurs et en utilisant la longueur minimale nécessaire. Si des connecteurs rapides sont utilisés, ils doivent être de la meilleure qualité possible et être sertis correctement. Pour déterminer si une thermistance est installée correctement, le meilleur moyen est de mesurer la résistance au niveau du connecteur sur la carte avec un multimètre et de voir si elle est la même que celle indiquée dans le tableau RT à 25 °C.

Thermocouples

Ils sont composés d'une jonction bimétallique dont la conductivité varie en fonction de la température. Il en existe plusieurs types, le type K étant le plus courant dans l'impression 3D en raison de la large gamme de températures qu'il couvre (-200 ºC - 1400 ºC). Ils sont très économiques et interchangeables, mais ils présentent deux limites importantes :

• Ils ont une très faible précision (mieux que ºC).

• Ils requièrent l'installation de plaques amplificatrices pour pouvoir être utilisés.

Jusqu'à récemment, elles constituaient la solution la plus courante pour les imprimantes 3D à haute température, mais elles ont été supplantées par d'autres technologies telles que les thermistances à haute température ou les sondes PT100.

Image 2 : Thermocouple type K. Source : RS Componentes

Les principales causes des problèmes sont les suivantes :

• Mauvais état du câblage ou des connexions : Comme pour les thermistances, la température est déterminée en mesurant la résistance du thermocouple, de sorte que des défauts dans le câblage ou les connecteurs entraînent des mesures de température erronées.

• Bruit électrique : les thermocouples sont sensibles au bruit électrique, son apparition dans le circuit modifie donc les mesures.

Sondes RTD

Semblables aux thermistances CTN, elles sont composées d'un métal dont la résistance électrique varie avec la température. Contrairement aux thermistances NTC dont la résistance diminue avec la température, les sondes RTD augmentent avec la température. Cela signifie qu'ils peuvent mesurer avec précision des températures beaucoup plus élevées que les thermistances, jusqu'à 600 °C. Bien qu'ils soient très précis sur une large plage de température, ils présentent l'inconvénient d'être plus chers et, comme les thermocouples, de nécessiter une électronique supplémentaire, ce qui augmente encore leur coût et complique leur installation. Le type de sonde RTD le plus courant est la célèbre sonde PT100.

Image 3 : Sonde PT100 avec plaque amplificatrice. Source : E3D.

En général, ils présentent moins de problèmes que les thermistances NTC et les thermocouples. Toutefois, comme dans les cas précédents, il est important de vérifier l'état des câbles et des connecteurs, car leur fonctionnement est également basé sur la lecture de la résistance électrique.

Problèmes liés à la température

Dans de nombreux cas, les problèmes de température ne sont pas liés au capteur lui-même, mais au modèle de contrôle de la température et aux paramètres de sécurité de l'imprimante. Pour contrôler la température, les imprimantes 3D FFF utilisent un modèle basé sur la fréquence des impulsions, connu sous le nom de PID. Les coefficients de ce modèle déterminent la fréquence des impulsions nécessaires pour obtenir un taux de chauffage plus ou moins élevé. Le réglage correct de ces paramètres est donc essentiel pour obtenir un contrôle précis de la température. C'est pourquoi la plupart des imprimantes 3D intègrent une fonction appelée calibrage PID, qui détermine ces paramètres automatiquement. Il est conseillé d'effectuer cet étalonnage périodiquement.

En outre, il est courant que les imprimantes 3D mettent en œuvre des algorithmes de sécurité qui désactivent le chauffage lorsque les vitesses ou les températures atteintes ne correspondent pas à celles du modèle. Dans ces cas, les erreurs de température sont fréquentes. Lorsqu'ils apparaissent, il faut vérifier les points suivants :

• L'état des capteurs de température

• L'efficacité thermique du hotend
• Le ventilateur de couche ne fait pas face au bloc chauffant et ne le refroidit pas.
• Que le bloc chauffant n'est pas en contact avec le dissipateur thermique du hotend.
• Effectuez un étalonnage du PID.

Note : 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.