Publié le 17/09/2025

L’importance des buses dans l’impression FFF à grande vitesse

Conseils

L'impression 3D FFF à grande vitesse nécessite d'extruder de grands volumes de matériau par seconde. Le débit volumétrique maximum se définit comme le produit : diamètre de la buse × hauteur de couche × vitesse d'impression. Sur les imprimantes de bureau, la valeur par défaut est d'environ ~15 mm³/s pour le PLA et ~10 mm³/s pour l'ABS/ASA/PETG. Cependant, il est important de noter que, par exemple, l’ASA permet d’atteindre des débits plus élevés que le PLA, car ses propriétés nécessitent moins de temps de refroidissement par couche. Dépasser ces valeurs sans perdre en qualité nécessite de modifier la conception du hotend/buse pour augmenter la surface de contact entre la zone chaude du hotend et le filament, afin de faire fondre le plastique plus rapidement.

Schéma représentatif de l'impression FFF

Image 1 : Schéma de fonctionnement d'un hotend. Source : Nature.com

Conception traditionnelle : Volcano et SuperVolcano

Une stratégie classique consiste à allonger le bloc chauffant (zone de fusion). Par exemple, les hotends type Volcano de E3D utilisent un bloc en aluminium plus long, augmentant la zone de fusion. Cela augmente le débit volumétrique d'environ 70 % par rapport à un hotend V6 standard. La figure suivante montre un hotend Volcano avec son grand bloc de fusion :

Zone de fusion du hotend standard et du Volcano

Image 2 : Hotend E3D Volcano avec zone de fusion étendue. Source : E3D.

E3D a également développé le SuperVolcano, avec un bloc encore plus long et une résistance plus puissante. Selon E3D, le SuperVolcano peut atteindre 11 fois le débit d'un V6 standard (jusqu’à ~32 mm³/s avec PLA, buse 0,4 mm et couche 0,2 mm). Ces buses permettent d'imprimer avec de grands diamètres (0,6–1,4 mm) à des vitesses très élevées, produisant des lignes épaisses et des jonctions solides. Cependant, elles nécessitent des températures et une puissance de chauffe plus élevées pour maintenir le filament fondu.

Buses multicanal : CHT et High Flow

La stratégie la plus récente repose sur des buses multicanal : des conceptions internes qui divisent le filament en plusieurs voies pour le faire fondre de l'intérieur. Bondtech (avec sa marque 3DSolex) a été pionnier avec la technologie CHT® (Core Heating Technology), utilisant 3 canaux de fusion internes. Contrairement aux buses classiques (fusion de l'extérieur vers l'intérieur), le CHT fracture le noyau du filament en trois flux, augmentant considérablement la zone de fusion. Cela améliore le débit sans changer le hotend ; lors des tests, une buse CHT augmente le débit d’environ 30 % par rapport à un V6 standard. De plus, les buses CHT fonctionnent généralement à une température plus basse pour le même débit et permettent d'utiliser des diamètres de sortie plus grands.

Buses CHT

Image 3 : Buses CHT. Source : Bondtech.

E3D a également lancé des conceptions multicanal à quatre voies. Par exemple, la buse Unicorn (en collaboration avec Creality) ou les nouvelles buses High Flow pour extrudeurs modernes. Ces buses divisent le filament en 4 canaux internes, ce qui augmente fortement la surface de contact et le transfert de chaleur. L'image suivante montre une coupe d'une buse “Unicorn” de E3D (laiton en haut, ObXidian en bas) ; à l'intérieur, les trajectoires du filament sont multipliées :

Buse multicanal Unicorn

Image 4 : Coupe transversale de la buse multicanal “Unicorn” E3D/Creality. Le design interne divise le filament en quatre canaux, augmentant la surface de fusion. Source : E3D.

Avec ce design, la buse Unicorn atteint des débits très élevés : jusqu'à 52 mm³/s, permettant d'imprimer à ~600 mm/s tout en maintenant une extrusion continue. Prusa Research a également adopté une buse similaire (développée par E3D) pour son extrudeur Nextruder MK4, précisant que la géométrie interne à 4 canaux “augmente la surface de contact et améliore le débit volumétrique”. En résumé, plus de canaux = plus de surface de fusion interne = débit plus élevé.

Comparaison des débits volumétriques

En chiffres, les buses à haut débit surpassent les buses classiques :

  • Buse standard V6 (0,4 mm, couche 0,2 mm) : typiquement ~10–15 mm³/s (PLA ~15 mm³/s ; ABS, PETG ~10 mm³/s). Limite habituelle sur imprimantes de bureau sans modifications.
  • Hotend Volcano (0,4 mm, 0,2 mm) : ~20 mm³/s (≈+70 % par rapport au V6) grâce au bloc allongé.
  • Hotend SuperVolcano : jusqu’à ~32 mm³/s avec PLA (11× V6) en combinant plus grande surface et puissance.
  • Buse Bondtech CHT (3 canaux) : +30 % par rapport à un V6 standard (~18–20 mm³/s).
  • Buse E3D Unicorn / High Flow (4 canaux) : ~52 mm³/s (0,4 mm, PLA), bien au-dessus de toute buse classique.
  • Raise3D Pro3 HS (Hyper FFF) : les nouveaux hotends Raise3D doublent le débit volumétrique (+200 %), extrudant beaucoup plus de matériau par seconde avec le même diamètre de buse.

Ces valeurs montrent que les buses avancées permettent des vitesses d'impression (>300–600 mm/s) impossibles avec des buses traditionnelles, sans sous-extrusion lors de mouvements rapides.

Solutions Raise3D pour haute vitesse

Raise3D est un leader dans l’implémentation commerciale de l'impression FFF haute vitesse. Son kit Hyper FFF (pour Pro3) intègre des améliorations matérielles et logicielles. Il comprend des hotends à haut débit redesignés (capables de doubler le débit volumétrique) et un firmware avec compensation de résonances. La nouvelle série Pro3 HS est équipée en usine : chaque Pro3 HS possède un hotend à haut débit avec buse en carbure de silicium et filaments Hyper Core, permettant d’imprimer des composés à 200–300 mm/s avec grande fiabilité.

Kit HyperSpeed Raise3D

Image 5 : Kit Hyper Speed Raise3D pour la série Pro3 HS, avec hotends à haut débit et filaments optimisés. Source : Raise3D.

En résumé, Raise3D combine des hotends/buses à haut débit avancés (débit max Pro3 HS = +200 %) avec des filaments et firmware adaptés. Cette approche mécanique et matérielle maximise la productivité, réduisant le temps d'impression de 30–70 % sans perte de qualité.

Conclusion

Le design de la buse est crucial pour l'impression FFF haute vitesse, car il limite directement le débit volumétrique d'extrusion. Pour augmenter cette limite, il faut accroître la zone de fusion — en allongeant le bloc en aluminium (Volcano, SuperVolcano) ou en utilisant des buses multicanal fondant le filament de l'intérieur (Bondtech CHT 3 canaux, E3D 4 canaux, etc.). Ces solutions permettent des débits plusieurs fois supérieurs aux buses traditionnelles, permettant des vitesses d'impression beaucoup plus élevées. Raise3D se distingue en intégrant des hotends à haut débit (buses céramique/hardmetal) dans ses systèmes Hyper FFF, doublant le débit et exploitant pleinement l’impression rapide. En somme, améliorer le design des buses (plus grande surface de contact et meilleure efficacité thermique) est clé pour imprimer plus vite sans sacrifier la qualité.

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