Vitesses et accélérations dans l'impression 3D

Le réglage correct des paramètres de vitesse et d'accélération est essentiel. La vitesse d'impression maximale est souvent limitée par le débit volumétrique maximal que le hotend peut fournir, tandis qu'il n'y a pas de limite exacte à la vitesse de déplacement de la tête, mais des vitesses et des accélérations plus élevées ont tendance à diminuer la qualité d'impression.

Paramètres de vitesse et d'accélération

Les mouvements rectilignes sur les axes se composent de trois étapes :

• Accélération de la vitesse de changement de direction à la vitesse maximale.

• Déplacement à une vitesse maximale constante.

• Décélération jusqu'à la vitesse de changement de direction.

C'est pourquoi il existe trois paramètres qui définissent les vitesses et les accélérations du mouvement d'une imprimante 3D FFF pour chacun des 4 axes (X, Y, Z, E). Ces paramètres sont la vitesse maximale, l'accélération et le taux de changement de direction (secousse).

Vitesse maximale : Vitesse maximale à laquelle la broche peut se déplacer sur chaque axe. Elle est généralement configurée dans le laminoir et peut être différente pour chaque élément de la pièce.

Vitesse de changement de direction : elle est généralement configurée directement dans le micrologiciel et est habituellement constante pour chaque axe. Il s'agit de la vitesse maximale autorisée avant un changement de direction.

Accélération : Il s'agit de la valeur d'accélération qui est appliquée pour passer de la vitesse de changement de direction à la vitesse maximale et vice versa. Elle est généralement configurée dans le micrologiciel et est habituellement constante pour chaque axe.

Bien que la vitesse d'impression soit généralement considérée comme ayant un impact sur la qualité des pièces, les paramètres qui ont le plus d'influence à cet égard sont la vitesse d'accélération et de changement de direction, car les décélérations et les vitesses de changement de direction élevées transmettent plus rapidement l'énergie de la tête d'impression à la structure de l'imprimante, ce qui entraîne des vibrations et d'éventuelles pertes de pas dans les moteurs. 

Cela ne veut pas dire que la vitesse d'impression elle-même n'a aucun impact. Plus la vitesse est élevée, plus le momentum linéaire de la tête d'impression est important, et donc plus l'énergie dissipée lors de la décélération et du changement de direction sera importante, de sorte que les vitesses d'impression élevées affecteront également la qualité d'impression.

Configuration de la vitesse

En général, les fabricants incluent les paramètres corrects d'accélération et de vitesse de changement de vitesse dans le micrologiciel de leur équipement, il n'est donc pas recommandé de modifier ces paramètres. Le réglage le plus courant est basé sur l'ajustement de la vitesse d'impression dans le logiciel de plastification.

Aujourd'hui, la plupart des logiciels de stratification vous permettent de modifier la valeur de la vitesse pour les différents éléments de la pièce. C'est un avantage important lorsqu'il s'agit d'optimiser les temps d'impression, car toutes les zones de la pièce ne requièrent pas la même qualité d'impression. Les éléments les plus courants sur lesquels la vitesse d'impression peut être modifiée sont les suivants :

• Périmètres : De gros défauts dans les périmètres internes peuvent se refléter sur la surface de la pièce. C'est pourquoi on utilise souvent des valeurs intermédiaires à celles utilisées pour les périmètres extérieurs et le remplissage.

• Périmètres extérieurs : avec la première et la dernière couche, il s'agit de la partie visible de la pièce. Il est conseillé d'utiliser des vitesses moyennes ou faibles pour assurer une bonne finition. En général, la vitesse d'impression est réduite de 25 à 50 %.

• Remplissage : la vitesse maximale est généralement utilisée, car les défauts ou les vibrations survenant dans cette zone ne sont généralement pas visibles à l'extérieur de la pièce. Lorsque des vitesses de remplissage très élevées sont utilisées, il est conseillé d'utiliser des valeurs de chevauchement de remplissage à faible périmètre (10 % - 15 %).

• Remplissage solide : comme dans le cas du remplissage, il est courant d'utiliser la vitesse maximale car les défauts n'ont généralement pas d'impact sur la qualité de la pièce.

• Première couche : Afin d'assurer une bonne adhésion au substrat, des vitesses très basses sont généralement utilisées pour la première couche. La plus courante est de ne pas dépasser 20 mm/sec

• Dernière couche : comme pour les périmètres extérieurs, il est courant d'utiliser des vitesses avec une réduction comprise entre 25 % et 50 % pour assurer une bonne qualité.

• Matériau du support : la vitesse dépend en grande partie de l'utilisation d'un matériau soluble ou du fait que les supports sont fabriqués dans le même matériau que la pièce. En général, des vitesses un peu plus faibles sont utilisées pour les substrats, car ils risquent de se briser en raison de leur faible densité. Les matériaux solubles nécessitent généralement une vitesse plus faible en raison de leur faible adhérence.

• Les ponts : Afin d'améliorer la qualité des cantilevers sur les ponts, on choisit généralement des vitesses élevées. Les valeurs de 110 % ou 120 % sont courantes.

Le tableau suivant indique quelques valeurs sûres pour les imprimantes à tête d'impression légère et lourde.

Selon la stabilité de la structure de l'imprimante 3D, des vitesses plus élevées peuvent être utilisées.

Limitations en fonction de la taille et de la géométrie de la pièce

Il se peut qu'il ne soit pas possible d'utiliser la pleine vitesse avec certaines pièces. En effet, sur de courts trajets, il peut être nécessaire de commencer à décélérer avant d'atteindre la vitesse maximale. Cela se produit principalement dans les configurations avec des valeurs d'accélération très faibles et des petites pièces aux géométries complexes. En général, dans ces cas, il y a un écart important entre le temps d'impression estimé par le logiciel de plastification et le temps d'impression réel.

Image 1 : Profils d'accélération, de vitesse constante et de décélération pour une course courte et une course longue. Source : Filament2print.com

Problèmes résultant de réglages incorrects de la vitesse ou de l'accélération

En général, les faibles vitesses n'entraînent pas de problèmes autres que des temps d'impression excessivement longs. Ce n'est que lorsque les vitesses sont excessivement basses (5-10 mm/s) qu'elles peuvent entraîner des problèmes d'extrusion irrégulière en raison de la faible vitesse du moteur de l'extrudeur, qui n'est pas en mesure de fournir un flux constant. Ce problème ne se produira pas dans les extrudeuses équipées d'une boîte de vitesses.

Cependant, les vitesses élevées sont une cause fréquente de problèmes :

• Vibrations : L'un des problèmes les plus courants est l'apparition de vibrations. Ces vibrations se traduisent généralement par des motifs d'ondes sur la surface de la pièce, généralement autour des bords.

Image 2 : Motif sur la surface d'une pièce produit par les vibrations de l'imprimante. Source : Simplify3D.com

• Perte de pas du moteur : la combinaison de vitesses élevées, associées à des moteurs alimentés par de faibles courants, peut provoquer une perte de pas qui se traduit par des erreurs dimensionnelles de la pièce ou des déplacements de la couche.

Image 3 : Pièce avec déplacement de la couche. Source : Zortrax.com

• Séparation de la pièce de la base : les vitesses élevées sont également une cause fréquente de détachement de la pièce ou des supports de la base. Cela peut être dû aux vibrations, au frottement de la buse sur la pièce ou à une combinaison des deux..

• Collage du remplissage et du périmètre et fermeture du périmètre : les vitesses d'impression élevées ou les changements de direction peuvent provoquer une mauvaise liaison entre le remplissage et les périmètres ou empêcher la fermeture correcte du périmètre en raison d'une mauvaise adhérence des sections d'extrémité de la ligne. Ce phénomène se produit le plus souvent dans la première couche.

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.