Comment améliorer les imprimantes 3D FDM bas de gamme

 Jusqu'à ces dernières années, les seules alternatives pour démarrer dans le monde de l'impression 3D étaient d'acquérir une imprimante domestique commerciale, dont le coût était dans bien des cas inaccessible, ou d'acquérir les pièces et composants nécessaires pour assembler une imprimante 3D à partir du projet RepRap, soit sous forme de kit ou séparément. Cette dernière option était vraiment abordable, mais elle avait besoin des connaissances et une expertise élevées en assemblage, programmation et étalonnage pour obtenir de bons résultats. Il s'agissait d'un obstacle important pour de nombreux utilisateurs dont l'objectif était uniquement de démarrer dans le processus d'impression 3D et non dans le processus de construction et d'étalonnage de l'imprimante 3D.

Image 1: imprimante RepRap Mendel. Source: reprap.org

Mais cela a changé. Actuellement, il est possible d'acheter des imprimantes 3D FDM pré-assemblées et préconfigurées à des prix très bas. Des marques telles que Creality, Tevo, Anycubic, Artillery ou Geeetech produisent des imprimantes simples et prêtes à l'emploi avec des prix inférieurs à 500 € et dans certains cas même inférieurs à 300 €.

Une grande partie de ce type d'imprimantes 3D sont généralement des équipements de très mauvaise qualité, avec des défaillances courantes et dans de nombreux cas pratiquement inutilisables, cependant, il existe quelques modèles qui ont obtenu un excellent rapport qualité / prix et monopolisent les bonnes critiques dans les réseaux.

Imprimante Image 2 Ender 3. Source: creality3dofficial.com

Des modèles comme l'Ender 3 et les CR-10 de Creality ou le Sidewinder X1 d'Artillery sont devenus la porte d'entrée du monde de l'impression 3D pour de nombreux utilisateurs et bien qu'ils puissent être des options idéales pour démarrer, de nombreux utilisateurs ont commencé à connaître les contraintes de ce type d'imprimantes.

Économies et limitations de coûts.

Malgré le bon rapport qualité-prix de certaines de ces imprimantes 3D, il est inévitable que, pour obtenir des prix aussi bas, il soit nécessaire de sacrifier la qualité de certains composants.

En général, les principaux points faibles de ces imprimantes sont les suivants:

• La qualité et la stabilité du cadre.
• La qualité des bases d'impression.
• Le hotend.
• L'extrudeuse.

Certains propriétaires de ce type d'imprimante, qui souhaitent passer à des impressions plus complexes ou à des matériaux plus avancés, trouvent que leur imprimante 3D n'est pas capable d'atteindre les bonnes températures ou que leur extrudeuse n'est pas en mesure de tirer correctement un matériau flexible. Dans ces cas, la question ests'il faut passer à une imprimante de meilleure qualité, avec un investissement élevé, ou renoncer à utiliser d'autres types de matériaux et se contenter de la qualité actuelle.

Image 3: E3D d'origine et buse clone. Source: Hackaday.com

Cependant, il existe une solution intermédiaire: essayez d'améliorer les points faibles et de mettre à niveau certains composants clés de l'imprimante par d'autres de haute qualité tels que ceux utilisés dans les imprimantes haut de gamme. De cette façon, la qualité d'impression peut être considérablement améliorée et la gamme de matériaux disponibles peut être étendue.

La qualité et la stabilité du cadre ou de la structure

Les cadres de ces imprimantes sont généralement légers et dans certains cas peu robustes. Ceci est particulièrement prononcé dans les plus économiques, où dans de nombreux cas, l'utilisation de composants structurels en plastique est abusive.

Image 4: Geeetech i3. Source: geeetech.com

Cela implique qu'il est impossible d'atteindre des vitesses et des accélérations élevées sans provoquer de vibrations affectant la qualité d'impression. C'est peut-être un point faible moins important, car, connaissant la limitation de vitesse de chaque imprimante 3D et maintenant la vitesse d'impression en dessous, les vibrations seront presque inexistantes et la qualité d'impression bonne. Il est également possible d'améliorer la robustesse de l'imprimante 3D à l'aide de pièces imprimées ou d'améliorer la stabilité en ancrant l'imprimante 3D sur une base solide qui minimise les vibrations.

Qualité du lit d'impression

Pas toujours plus gros signifie mieux. Plus le volume d'impression sur une imprimante est élevé, plus il est important d'utiliser des composants de haute qualité. Peut-être où cela peut être le plus clairement vu est dans la station d'impression. Aujourd'hui, beaucoup de ces imprimantes comprennent une base formée par une plaque d'aluminium de 2 ou 3 mm d'épaisseur avec un film plastique sur sa surface. Alors que la planéité de la plaque d'aluminium est généralement assez bonne sur une base inférieure à 25 cm, sur les imprimantes 3D grand format avec des bases de 40 cm ou 50 cm, les bases présentent généralement une mauvaise planéité, en particulier dans celles dont l'épaisseur est inférieure à 4 ou 5 mm. Dans ce cas, même s'ils sont parfaitement nivelées, des problèmes d'adhérence ou l'impossibilité d'imprimer sur toute la base apparaissent généralement.

Le plus conseillé est d'être réaliste quant à la taille d'impression dont nous aurons besoin avant d'acheter une imprimante et d'opter pour la plus petite taille qui réponde à nos besoins. Dans la plupart des cas, une base de 20 cm x 20 cm ou 25 cm x 25 cm est plus que suffisante.

Cependant, il y a des moments où une imprimante grand format est vraiment nécessaire ou nous trouvons même une petite base qui a une mauvaise planéité. Dans ces situations, la solution est assez simple et peu coûteuse. Pour améliorer une base de faible qualité, vous pouvez acheter un cristal de la taille de votre base et le placer directement sur le dessus de la base. Les cristaux ont généralement une planéité presque parfaite, bien supérieure aux bases en aluminium. De plus, pour obtenir la base parfaite, nous pouvons placer une feuille Buildtak originale ou PEI sur sa surface qui assurera la meilleure adhérence des pièces.

Image 5: Base d'adhérence BuildTak. Source: Buildtak.com

Une autre option très intéressante pour améliorer les bases d'impression jusqu'à 310 mm, est d'installer une base magnétique de haute qualité telle que la BuildTak FlexPlate ou la base Ziflex. Ces types de bases améliorent non seulement la planéité et l'adhérence de la base d'origine, mais facilitent également le retrait des pièces imprimées.

Image 6: Base flexible Ziflex. Source: Zimple3D.com

Le Hotend

La plupart de ces imprimantes utilisent des clones de faible qualité de hotends renommés tels que l'E3D V6 et le volcano E3D. Bien qu'esthétiquement, ils peuvent sembler identiques, ils n'ont rien à voir vers l'intérieur. Contrairement aux hotends originales V6 , ces hotends clones ne sont pas entièrement métalliques, mais le filament est entraîné par un tube PTFE de faible qualité. Ceci, combiné au fait que la réfrigération des hotends n'est pas idéale dans de nombreux cas, implique que ces imprimantes sont limitées aux matériaux d'impression avec des températures d'impression inférieures à 260 ºC. De plus, la probabilité de bourrages et de fluage de chaleur est multipliée par rapport à un hotend de haute qualité.

Image 7: V6 vs clone d'origine. Source: spiritdude.wordpress.com

D'autres imprimantes telles que Creality utilisent leur propre hotend, et bien qu'il est un composant de bonne qualité, il s'agit toujours d'un modèle de basique limité à l'utilisation de matériaux avec des températures d'impression inférieures à 255 ºC.

Image 8: Hotend Creality d'origine. Source: creality.com

La mise à jour du hotend d'une imprimante bon marché peut être l'une des améliorations les plus importantes, mais elle peut aussi être l'une des plus complexes. Lorsque le hotend de série est un clone de l'une des marques reconnues telles que E3D ou Slice Engineering, la meilleure option est simple et elle consiste à le remplacer par son équivalent oroginal. Cela implique non seulement l'amélioration de l'utilisation d'un hotend de haute qualité, mais ouvre également la porte à toutes les pièces de rechange et accessoires de chaque écosystème, ce qui est d'une grande importance à long terme si vous voulez avancer dans le monde de l'impression 3D . Dans ce cas, la seule complication est la nécessité de modifier le firmware de l'imprimante lors du remplacement de la thermistance. Il est important de savoir si l'imprimante que nous voulons mettre à jour autorise les modifications du firmware, sinon il sera nécessaire de maintenir la thermistance série.

Dans les cas où le hotend est auto-conçu, le processus peut être compliqué. En absence d'un équivalent de haute qualité qui permette un remplacement facile, il peut être nécessaire de repenser et de produire de nouvelles pièces pour accueillir un hotend E3D ou Slice Engineering. Ce processus peut être très compliqué pour de nombreux utilisateurs.

Image 9: Adaptation des moustiques à un Ender 3. Source: thingiverse.com/brotherchris

Cependant, cela est simplifié pour les utilisateurs d'imprimantes 3D Creality et d'autres imprimantes 3D utilisant le même hotend, tels que les Tevo Tornado, TronXY X5S, Alfawise U20 ou Lotmaxx SC-10.

La marque américaine MicroSwiss a développé un hotend tout métal de haute qualité entièrement compatible avec le hotend Creality. Ce hotend vous permet d'imprimer facilement des filaments avec des températures allant jusqu'à 285 ºC, il se compose d'un heat break en titane grade 5, d'un dissipateur thermique de haute qualité et d'une buse en laiton nickelé. De plus, il propose une large gamme de buses compatibles en plusieurs matériaux et diamètres.

Image 10: MicroSwiss Hotend All Metal pour les imprimantes Creality. Source: Microswiss.com

Extrudeuse

Beaucoup de ces imprimantes utilisent des clones d'extrudeuse de haute qualité, cependant, comme dans le cas précédent, bien que l'apparence soit similaire, les performances sont beaucoup plus faibles. La mise à jour de l'extrudeuse est probablement l'amélioration la plus importante, avec le hotend, et celle qui peut le plus affecter la qualité d'impression finale. En revanche, dans de nombreux cas, elle peut être la plus complexe et celle qui a besoin d'un investissement plus grand.

Ici, il y a trois situations posibles :

• Imprimantes à extrudeuse directe
• Imprimantes d'extrudeuse Bowden
• Imprimantes d'extrudeuse Bowden converties en imprimantes directes

Imprimantes avec extruseur direct.

Ce cas est similaire à celui des hotends. Si l'imprimante possède un clone d'une marque reconnue telle que Titan Aero ou Bondtech BMG, la meilleure option est son équivalent original. Cependant, dans ce cas, vous devez être plus prudent et vous assurer qu'il y a compatibilité. Contrairement aux hotends, où dans la plupart des cas les dimensions sont les mêmes que l'équivalent original, il peut y avoir des différences de conception dans les extrudeurs qui rendent le remplacement direct impossible. La plupart des marques comme E3D ou Bondtech fournissent des plans et des mesures de leurs extruseurs sur leurs pages Web, et il est également facile de trouver des modèles précis de ces extruseurs dans les principaux référentiels de fichiers 3D. Il est recommandé de mesurer l'extrudeur de l'imprimante 3D et de la comparer à celle de l'originale pour vous assurer qu'elle peut être facilement remplacée.

Image 11: clone de Titan Aero. Source: Aliexpress.com

Lorsque l'extrudeur a sa propre conception, il sera nécessaire d'adapter le chariot de l'imprimante. Les conceptions peuvent être trouvées dans les principaux référentiels de fichiers 3D pour adapter des extrudeuses de qualité comme le Titan Aero aux imprimantes les plus courantes comme certaines Creality. Dans le cas où un nouveau chariot doit être conçu, il peut être une bonne option remplacer l'extrudeur original par la nouvelle E3D Hemera, son système de montage intégré à rainure en T le rend facile à intégrer dans n'importe quelle imprimante.

Vidéo 1: système de montage E3D Hemera. Source: e3d.com

Dans tous les cas, changer l'extrudeur dans de nombreux cas implique de modifier les pas par mm dans le firmware, nous devons donc nous assurer que nous pouvons le faire. En cas d'impossibilité de modifier définitivement le firmware de l'imprimante, la commande M92 doit être ajoutée dans le gcode d'impression avec la configuration d'étape appropriée.

Imprimantes avec extrudeur Bowden.

C'est probablement le cas le plus simple. Comme il est fixé à un point, faire un support adapté à un extrudeur spécifique est vraiment facile. Dans ce cas, la meilleure option est de remplacer l'extrudeuse standard par un Bondtech BMG d'origine.

Pour la plupart des propriétaires d'imprimantes Creality et Tevo Tornado, le processus est encore plus simple. Bondtech a une version de son célèbre BMG spécialement adaptée à ces imprimantes.

Image 12: Extrudeuse Bondtech pour imprimantes Creality. Source: Bondtech.com

Comme dans le cas précédent, il peut être nécessaire de modifier la configuration des pas par mm du firmware.

Dans tous les cas, que l'extrudeuse soit remplacée ou non, ce qui doit toujours être mis à jour, c'est le tube Bowden. Le remplacement du tube PTFE standard par un Capricorn XS est une modification simple, peu coûteuse et beaucoup plus importante que vous ne le pensez. Le fait d'avoir un tube Bowden avec un diamètre interne serré et un faible frottement améliore considérablement la précision et la cohérence de l'extrusion. Si nous combinons un extrudeur Bondtech BMG avec un tube Bowden Capricorn XS, nous obtiendrons l'un des meilleurs systèmes Bowden qui existe actuellement sur le marché.

Image 13: Tube PTFE actuel vs Capricorne XS. Source: Captubes.com

Imprimantes d'extrudeur Bowden converties en imprimantes directes

Dans la plupart des cas, c'est l'option la plus complexe. En plus de la nécessité de repenser complètement le chariot pour l'adapter à un extrudeur direct et de modifier le micrologiciel pour adapter les étapes par mm, lors de la modification de la position de l'extrudeur, il est nécessaire d'étendre le câble du moteur.

Pour les utilisateurs d'imprimantes Bowden, il s'agit de la meilleure mise à jour possible, même s'il peut s'agir d'un processus très complexe, réservé aux utilisateurs les plus expérimentés.
Cependant, comme dans les cas précédents, les utilisateurs d'imprimantes Creality ont plusieurs options pour effectuer cette conversion rapidement et facilement grâce à Bondtech et Microswiss. Il existe actuellement trois extrudeuses directes compatibles avec les imprimantes Creality:

MicroSwiss

MicroSwiss, en plus de ses imprimantes Hotend All Metal for Creality, propose également une extrudeuse DDG de haute qualité. Il s'agit d'une extrudeuse légère entièrement en aluminium usiné. Il est compatible avec le hotend Creality d'origine, mais la meilleure option pour tirer le meilleur parti de l'imprimante est de le combiner avec le célèbre MicroSwiss Hotend All Metal. L'installation de cette extrudeuse est vraiment simple et nécessite quelques étapes, en plus d'être l'option la moins chère.

Image 14: Extrudeur MicroSwiss pour Creality. Source: Microswiss.com

Bondtech DDS

C'est l'une des options les plus professionnelles et les plus complètes. Il se compose d'une tête complète composée d'un extrudeur Bondtech BMG et d'un hotend V6 d'origine. Tout entièrement assemblé et câblé. Cette mise à jour vous permet d'avoir un extrudeur direct avec certains des meilleurs composants actuellement sur le marché, avec l'avantage de pouvoir les installer facilement et rapidement. De plus, il permet d'utiliser tous les composants du système V6, plus complets que le Mk8 fourni en standard. Dans ce cas, il est également nécessaire de modifier les pas par mm du moteur de l'extrudeur et les paramètres de la thermistance dans le firmware.

Image 15: Extrudeuse DDS pour imprimantes Creality. Source: bondtech.com

Bondtech DDX

Il s'agit du nouveau extrudeur direct pour les imprimantes Creality. C'est l'option la plus polyvalente des trois. Comme le précédent, il est basé sur un extrudeur Bondtech DDX adaptée, mais dans ce cas il n'intègre pas le hotend, mais est directement compatible avec le Creality. De plus, il permet d'utiliser les reconnus hotends Slice Mosquito et Copperhead grâce à un kit d'adaptation. Combiné à l'un de ces deux hotends, il s'agit probablement de l'un des systèmes d'extrusion directe les plus avancés actuellement, à la hauteur de ceux que l'on trouve dans de nombreuses imprimantes professionnelles.

Image 16: extrudeuse Bondtech DDX. Source Bondtech.com

Pour de nombreux utilisateurs d'imprimantes bas de gamme qui souhaitent progresser dans l'exploration de nouveaux matériaux ou améliorer la qualité de leurs impressions, la mise à jour de certains composants de leur imprimante peut être la meilleure option sans avoir à investir dans l'acquisition d'une imprimante 3D semi-professionnelle ou professionnelle. La simple mise à jour de l'ensemble extrudeuse et hotend peut améliorer considérablement la qualité et expérimenter avec des matériaux qui étaient auparavant irréalisables ou utiliser de nouvelles buses avec des diamètres de 0,25 mm à 1,5 mm.

Ces options sont particulièrement intéressantes pour les propriétaires d'imprimantes de la marque Creality, car elles offrent la plus large gamme d'options, ainsi que la meilleure compatibilité.