Maintenance basique du hotend

Le hotend est l'un des composants les plus importants d'une imprimante 3D FFF et celui qui subit le plus d'usure. Il est essentiel d'effectuer un entretien approprié et de vérifier périodiquement son état.

Il existe de multiples types de hotends, à la fois indépendants (par exemple, E3D V6) et intégrés dans des ensembles compacts (par exemple, Hemera, LGX FF), cependant, tous ont une série de composants communs.

Image 1: Hotend intégré dans le LGX hotend compact. Source: bondtech.se

Dans n'importe quel hotend, nous pouvons trouver les composants suivants:

• Buse: C'est l'élément à travers lequel le matériau fondu est extrudé.
• Cartouche chauffante: Il s'agit d'une résistance dont la fonction est de chauffer le bloc chauffant.
• Capteur de température: Il peut être de différents types : thermistance, thermocouple, PT100,... Sa fonction est de mesurer la température du bloc chauffant.
• Bloc chauffant: Il s'agit de l'élément chargé de transmettre la température à la buse et à la zone chaude du rupteur thermique.
• Rupteur thermique: Il s'agit de l'élément de rupture thermique. Sa fonction est de guider le filament jusqu'à la buse en évitant qu'il ne fonde prématurément. Il se compose d'une zone chaude et d'une zone froide et son rendement thermique est fondamental pour le bon fonctionnement du hotend. Il existe deux types différents : tout en métal et avec un insert en PTFE. Le rupteur thermique tout en métal supporte des températures élevées, mais est sujet à l'usure thermique lorsque son rendement thermique n'est pas optimal. Le hotend avec insert en PTFE empêche le filament de fondre à l'intérieur du rupteur thermique et minimise le frottement à l'intérieur de celui-ci, cependant, il n'est pas recommandé pour les matériaux nécessitant des températures supérieures à 265 ºC.
• Radiateur: Il s'agit de l'élément chargé de refroidir le rupteur thermique en maintenant les zones chaude et froide séparées. Il peut être passif ou actif.

Image 2: Pièces d'un hotend. Source: cults3D.com

Pour assurer le bon fonctionnement du hotend, il est nécessaire de vérifier à la fois l'état de chacun des éléments et l'assemblage de tous ces éléments.

Buse

Il s'agit d'un élément consommable et donc avec une durée de vie limitée. L'usure de la buse entraînera une augmentation du diamètre de sortie et une réduction de sa longueur. Cela se traduira par une extrusion incohérente qui détériorera la finition des pièces.

Il existe plusieurs facteurs qui accélèrent l'usure d'une buse. Le plus courant est l'utilisation de matériaux composites. La présence de fibres ou de particules dans le filament produit une abrasion élevée sur les parois de la buse. Les filaments de fibre de verre ou de carbone, ceux chargés de particules céramiques ou métalliques, et les filaments phosphorescents sont particulièrement abrasifs.

D'autre part, le matériau à partir duquel la buse est fabriquée déterminera également sa durabilité. Les matériaux les plus courants sont les suivants :

• Laiton: Ceux-ci ont une durabilité très limitée, même avec des filaments non abrasifs. Il est conseillé de les remplacer fréquemment pour garantir la meilleure qualité d'impression.
• Laiton ou cuivre avec revêtement de nickel: Le revêtement de nickel confère une plus grande dureté de surface à la buse et donc une plus grande résistance à l'abrasion. Sa durabilité est très élevée avec des filaments non abrasifs et modérée avec des filaments abrasifs.
• Acier inoxydable: Ces buses sont développées pour des applications médicales et de contact alimentaire, cependant, elles ont une bonne durabilité avec des filaments non abrasifs. Bien qu'elles aient une durabilité modérée avec des filaments abrasifs, elles ne sont pas la meilleure option recommandée.
• Acier trempé et similaires: Ils ont une bonne durabilité lorsqu'ils sont utilisés avec des matériaux abrasifs et très bonne avec des filaments non abrasifs. En général, la qualité d'impression n'est pas aussi bonne que dans les cas précédents en raison de la rugosité du matériau et de son adhérence au plastique fondu, cependant, certains incorporent des revêtements spéciaux qui résolvent ce problème.
• Avec une pointe de rubis: Le rubis est l'un des matériaux les plus durs et qui subit le moins d'usure, cependant, seule la pointe de la buse est faite de ce matériau, qui est insérée dans une buse en laiton. Il a une longue durabilité avec des matériaux non abrasifs et son principal avantage est qu'il ne perd pas en qualité tout au long de sa durée de vie. Avec le temps, la partie en laiton s'use jusqu'à ce que la pointe en rubis se détache. Avec des matériaux très abrasifs, il est recommandé d'utiliser des buses en acier trempé.

Image 3: Buses en laiton, cuivre nickelé et acier trempé. Source: Brozzl.com

Il est difficile de faire une estimation de la fréquence à laquelle une buse doit être remplacée, car cela dépend largement du matériau utilisé et de la température, cependant, à titre indicatif, les valeurs suivantes peuvent être estimées :

• Buse en laiton:
• Avec des matériaux non abrasifs: Changer toutes les 200 h d'utilisation.
• Avec des matériaux abrasifs: il n'est pas recommandé de les utiliser.
• Buse en laiton nickelé:
• Avec des matériaux non abrasifs: Changer toutes les 1000 h d'utilisation.
• Avec des matériaux abrasifs: Changer toutes les 100 h d'utilisation.
• Acier inoxydable:
• Avec des matériaux non abrasifs: Changer toutes les 1000 h d'utilisation.
• Avec des matériaux abrasifs: 100 h.
• Acier trempé:
• Avec des matériaux non abrasifs: il n'est pas recommandé de les utiliser.
• Avec des matériaux abrasifs: 400 h.
• Avec une pointe de rubis:
• Avec des matériaux non abrasifs: lorsque la pointe de rubis se détache.
• Avec des matériaux abrasifs: lorsque la pointe de rubis se détache.

Cartouche Chauffante

La panne la plus fréquente liée à la cartouche chauffante est due à un problème de connexion. Les fils entrant dans la cartouche sont généralement protégés par deux gaines en plastique résistantes à la température. Ces gaines ont tendance à se dégrader avec l'utilisation, exposant le fil métallique. Dès que l'usure est évidente, la cartouche chauffante doit être remplacée, car la perte d'isolation des fils peut entraîner un court-circuit, un incendie ou des dommages graves à l'utilisateur.

Capteur de Température

Tout comme la cartouche chauffante, le point le plus délicat est la connexion des fils. Des dommages au fil ou à sa connexion entraîneront des mesures de température erronées et instables. Si le fil se casse complètement, la valeur de la température restera fixe à sa valeur maximale. Il est conseillé de vérifier régulièrement l'état des connexions.

Image 4: Différents formats de thermistance NT100. Source: alibaba.com

Block chauffant

Malgré le fait qu'il ne nécessite aucune tâche de maintenance spécifique, il est très important de le maintenir aussi propre que possible. Les résidus de plastique accumulés peuvent se détacher et adhérer à la pièce pendant l'impression, provoquant des défauts esthétiques ou même des échecs d'impression. L'utilisation de gaines en silicone ou de peintures répulsives au plastique peut aider à maintenir le bloc propre, notamment lors de l'impression avec des matériaux tels que le PETG. Dans le cas de l'utilisation de gaines en silicone, il est recommandé de les retirer et de les nettoyer régulièrement, ainsi que de les remplacer dès qu'elles commencent à se dégrader. En ce qui concerne la peinture antiadhésive, il est recommandé d'appliquer de nouvelles couches toutes les 2 ou 3 impressions.

Image 5: Gaine en silicone E3D. Source : e3d-online.com

Break de chaleur

Les breaks de chaleur entièrement métalliques ne nécessitent pas d'entretien spécial. S'ils sont habituellement utilisés pour des matériaux abrasifs, il est recommandé de démonter le break de chaleur toutes les 500 heures d'utilisation pour vérifier l'usure de la gorge interne. Dès que des signes d'usure apparaissent, le break de chaleur doit être remplacé.

Dans le cas des breaks de chaleur avec insert en téflon, c'est l'insert qui s'use directement. Celui-ci doit être changé toutes les 500 heures d'utilisation avec du PLA, toutes les 300 heures d'utilisation avec de l'ABS ou du PETG et toutes les 80 heures d'utilisation avec des filaments abrasifs.

Disipateur

Le break de chaleur est généralement fixé directement à un élément de dissipation. Celui-ci peut être passif (radiateur à ailettes) ou actif (radiateur à ailettes + ventilateur). Sa capacité à évacuer la chaleur de la zone froide du break de chaleur est fondamentale pour éviter les problèmes. Un chauffage excessif de la zone froide peut provoquer un ramollissement et une compression du filament, entraînant un blocage. Ce phénomène est connu sous le nom de "heat creep" et est courant lors de l'impression de PLA sur une hotend avec un break de chaleur métallique.

Pour assurer une dissipation optimale, il est nécessaire d'appliquer de la pâte thermique dans la zone de jonction du break de chaleur avec le dissipateur. Il est recommandé d'utiliser des pâtes thermiques ayant également des propriétés antiadhésives comme le nitrure de bore, pour faciliter le démontage du dissipateur lors des prochaines révisions.

Dans le cas des dissipateurs actifs, il est nécessaire de vérifier au début de chaque impression que le ventilateur fonctionne correctement. Certaines imprimantes contrôlent thermiquement ce ventilateur, il peut donc rester éteint jusqu'à ce que la hotend atteigne 50 ºC ou 100 ºC.

Assemblage

Étant donné que chaque élément de la hotend est fabriqué dans un matériau différent et que leurs coefficients de dilatation thermique sont également différents, il est courant que l'union entre eux se relâche en raison des changements brusques de température. Il est donc très important de vérifier toutes les 2-3 semaines que tous les éléments et vis de la hotend sont correctement serrés.

Dans le cas où la buse se serait desserrée, elle doit être resserrée à chaud. Il est très important que le break de chaleur et la buse soient serrés et en contact l'un avec l'autre, car un petit espace entre les deux provoquera une fuite de matériau fondu qui endommagera la hotend.

Image 6: Fuite de plastique provoquée par un mauvais serrage de la hotend. Source : forum.prusaprinters.org

Il est nécessaire de consulter le fabricant pour le couple de serrage optimal pour chaque hotend, car un couple excessif endommagera le filetage du bloc chauffant. À titre de référence, E3D recommande un couple de 3 n·m pour ses hotends, tandis que Slice Engineering utilise 1,5 n·m. En l'absence de valeur de référence du fabricant, un couple dans la plage de 1 à 2 n·m peut être choisi.

Il est également important de vérifier les vis qui fixent la cartouche chauffante et le capteur de température.

Mélange de systèmes

Il est nécessaire d'utiliser toujours des pièces de rechange d'origine ou au moins appartenant au même système. Bien qu'il puisse sembler parfois qu'il existe une compatibilité entre les composants de différents systèmes, car ils ont le même type de filetage, la longueur et les dimensions de chaque élément sont également très importantes. Les différents composants d'une hotend ont été conçus pour fonctionner correctement ensemble, et mélanger des composants qui ne font pas partie du même système peut entraîner un dysfonctionnement ou même endommager la hotend.

Changements de matériau

Lorsqu'un filament est retiré de la hotend, il reste toujours des résidus à l'intérieur. Lors du chargement d'un nouveau matériau avec une température d'impression plus basse, celui-ci entraînera les résidus non fondus du matériau précédent, provoquant un blocage. C'est pourquoi chaque fois qu'un changement de matériau est effectué, il est nécessaire de nettoyer la hotend à l'aide d'un filament de nettoyage. Pour cela, entre 500 et 800 mm de filament de nettoyage seront extrudés à une température supérieure de 10 ºC à celle du dernier matériau utilisé.

Le ventilateur de couche

Bien que le ventilateur de couche ne soit pas un élément propre de la hotend, il est généralement situé à côté de celle-ci. Un ventilateur de couche mal placé peut diriger l'air directement vers le bloc, le refroidissant. Cela empêche la hotend d'atteindre la température de consigne indiquée ou provoque des fluctuations de température importantes, ce qui se traduit généralement par une erreur de température sur l'imprimante. Dans ces cas, il est recommandé d'essayer la même impression avec le ventilateur de couche désactivé pour vérifier s'il s'agit d'une défaillance du capteur de température ou si c'est un effet d'une mauvaise position du ventilateur de couche.

Entrée du filament

Un point d'entrée de saleté dans la hotend est la zone d'entrée du filament. Dans les systèmes Bowden, où le filament est guidé par un tube PTFE jusqu'à la hotend, l'entrée est protégée et il n'est pas courant que de la poussière y pénètre, mais dans les imprimantes avec extrudeur direct, l'entrée du filament peut être exposée à l'air, facilitant ainsi l'entrée de poussière à l'intérieur de la hotend. Dans ces cas, il est recommandé de guider le filament de la bobine jusqu'à l'extrudeur à travers un tube PTFE chaque fois que cela est possible. L'entrée de poussière et de saleté dans la hotend est une cause courante de blocages.

De même, il est recommandé de maintenir les bobines de filament propres et d'éviter que de la poussière ne s'y dépose, il est donc conseillé de ne pas les laisser sur le support de l'imprimante s'il n'est pas protégé et de les stocker dans des sacs ou des boîtes fermés.

Imprimantes avec plusieurs hotends

Lorsque l'on dispose d'une imprimante avec plusieurs hotends, il est nécessaire de calibrer la position relative de ceux-ci.

En premier lieu, il convient de vérifier que la distance entre les hotends et la surface d'impression est la même. Pour cela, le hotend principal sera fixé et la base d'impression sera mise à niveau par rapport à celui-ci. Ensuite, la hauteur des autres hotends par rapport au principal doit être ajustée. La manière d'ajuster la hauteur varie d'une imprimante à l'autre, il est donc nécessaire de consulter le manuel de l'équipement ou le fabricant si l'on ne sait pas comment le faire.

Une fois la hauteur des hotends ajustée, il est nécessaire de connaître la position relative en XY de chacun par rapport au principal. En général, chaque fabricant fournit un fichier d'impression permettant de calibrer le décalage en XY de chaque hotend, bien qu'il existe également de nombreuses autres options sur des dépôts de fichiers bien connus. Dans ce cas, il n'est pas possible de modifier la position en XY des hotends, donc les valeurs de décalage seront introduites dans le firmware pour compenser la position pendant l'impression.

La hauteur des hotends doit être vérifiée toutes les 2 semaines, tandis que la calibration en XY ne sera réalisée que lorsqu'il y aura des décalages ou des chevauchements des pièces imprimées avec chaque hotend.

Image 7: Motif de calibrage double extrudeur pour imprimantes Raise Pro2. Source : Raise3D.com

La hotend est probablement le système de l'imprimante qui nécessite le plus d'entretien, cependant il est très important de le maintenir en bon état pour garantir une bonne qualité d'impression et minimiser le risque de défaillance.

Remarque : Dans ce guide, les concepts sont traités de manière générale et sans se concentrer sur une marque ou un modèle spécifique, bien qu'ils puissent être mentionnés à un moment donné. Il peut exister des différences importantes dans les procédures de calibrage ou d'ajustement entre différentes marques et modèles, il est donc recommandé de consulter le manuel du fabricant avant de lire ce guide.