Paramètres déterminant l'adhésion à la base

Une adhésion correcte entre la pièce et la base est essentielle pour éviter les défaillances pendant l'impression. La liaison entre la première couche d'impression et la surface de la plate-forme remplit deux fonctions essentielles :

1. Maintenir la pièce dans une position fixe tout au long du processus d'impression pour éviter les déplacements de couches ou les collisions avec la tête d'impression.
2. Compenser les contraintes provoquées lors du refroidissement de la pièce, en évitant qu'elle ne se détache ou se déforme.

L'adhérence entre la pièce et la base est principalement déterminée par quatre facteurs.

1. L'affinité physico-chimique entre le matériau de la surface d'impression et le matériau d'impression.

L'affinité physico-chimique entre le matériau d'impression et la surface du substrat est peut-être le paramètre le plus important à prendre en compte. C'est pourquoi il est aujourd'hui courant d'utiliser des revêtements polymères spécifiquement développés pour l'impression 3D sur la surface de la plateforme. Il est très important d'utiliser un produit compatible avec le matériau d'impression utilisé, car certains matériaux, comme le PP ou le nylon, nécessitent des produits spécifiques.

Il existe principalement deux types de solutions :

• Revêtements appliqués sur des films adhésifs.
  Ils consistent en un film ou une bande adhésive contenant un revêtement polymère sur l'une de ses surfaces. À l'origine, on utilisait des rubans Kapton ou similaires, mais il existe aujourd'hui une multitude de solutions et de produits développés spécifiquement pour l'impression 3D. L'exemple le plus connu est sans doute celui des films polymères de Buildtak, mais on trouve des produits similaires chez d'autres fabricants. Il s'agit de solutions génériques compatibles avec les matériaux les plus courants, bien que l'on puisse trouver des produits plus spécifiques tels que des films enduits de PEI ou des produits spécifiques pour le polypropylène ou le nylon. Leur principal avantage est qu'ils ont une bonne durabilité, de sorte qu'ils peuvent être utilisés pour plusieurs impressions sans être remplacés, mais ils perdent de leur adhérence à l'usage et n'offrent pas les meilleures performances avec certains matériaux techniques. En outre, ils ont généralement une température limite d'utilisation. Pour prolonger leur durée de vie, il est conseillé d'imprimer chaque fois dans une position différente sur la plate-forme, afin que l'usure soit uniforme sur toute la surface.

Image 1 : Films adhésifs Buildtak. Source : buildtak.com

• Revêtements liquides.
  Il s'agit de suspensions polymères qui sont appliquées directement sur la surface de la base et qui, une fois sèches, forment un film polymère continu similaire à celui fourni par les films adhésifs. C'est l'option recommandée lorsqu'on travaille avec une variété de matériaux techniques, car il existe des formulations spécifiques optimisées pour chacun d'eux. Ils sont également facilement lavables à l'eau ou à l'alcool et peuvent être réappliqués rapidement, de sorte qu'ils peuvent être remplacés facilement lors du changement de matériel d'impression. Leur principal avantage est qu'ils disposent de formulations spécifiques pour chaque matériau et pour les hautes températures, de sorte que leurs performances sont plus élevées. Ils permettent également de régénérer le revêtement par une nouvelle application avant chaque impression, afin que l'adhérence ne se perde pas à l'usage.
  En général, ils sont disponibles en deux formats : en stick ou en spray. Dans le cas du format spray, il est recommandé de toujours l'appliquer avec la base à l'extérieur de l'imprimante pour éviter d'endommager ou de salir les autres composants. S'il n'est pas possible de retirer la base, il est recommandé de toujours utiliser le format bâton car il est plus propre. Les exemples les plus connus sont les solutions d'adhésion de Magigoo ou les vernis d'impression 3D tels que 3DLac.

Image 2 : Adhésifs d'impression 3D par Magigoo. Source : Filament2Print.

2. La surface de contact entre la pièce et la base.

Une plus grande surface de contact entre la pièce et la base produit une meilleure adhérence. Il faut être prudent avec les grandes pièces dans les imprimantes sans chambre chauffante, car bien qu'ayant une plus grande surface de contact, leur volume est également plus grand et donc les contraintes dérivées du rétrécissement dû au refroidissement. La ressource la plus couramment utilisée pour augmenter la surface de contact consiste à fixer un bord à la pièce pendant le laminage. Le bord est appliqué uniquement sur la première couche ou dans certains cas sur les 2 ou 3 premières couches, augmentant ainsi la surface de contact de la pièce sans augmenter les contraintes de retrait. Il existe d'autres moyens d'augmenter la surface de contact, comme l'augmentation du facteur d'extrusion pendant la première couche, bien que cela ne soit pas recommandé.

Image 3 : Bordure ajoutée pour améliorer l'adhérence de la pièce. Source : élaboration propre.

Certaines imprimantes comportent également des revêtements rugueux ou texturés, ce qui est une autre façon d'augmenter la surface de contact et donc l'adhérence. 

3. La température de la base d'impression.

La température de la base d'impression a une double fonction en termes d'adhérence. D'une part, si elle est égale ou légèrement supérieure à la Tg du matériau d'impression, elle empêchera le retrait dû au refroidissement des premières couches, réduisant ainsi les contraintes qui ont tendance à soulever ou à décoller la pièce. D'autre part, elle favorise la liaison chimique entre le matériau d'impression et le matériau de revêtement de la surface d'impression. Il est recommandé que la température de la base soit égale ou légèrement supérieure à la Tg du matériau d'impression, mais il n'est pas conseillé de fixer des températures beaucoup plus élevées, car elles peuvent réduire l'adhérence et provoquer des déformations telles que la patte d'éléphant.

4. L'état de la base d'impression.

Il est également très important de vérifier l'état de notre base d'impression. Malgré le respect des trois points précédents, il peut subsister des problèmes d'adhérence dus à un mauvais état ou entretien du support. Les points suivants doivent être vérifiés périodiquement :

• Nettoyage de la surface : la présence de poussière ou de saleté sur le support peut réduire considérablement l'adhérence. La surface du substrat doit toujours être nettoyée avant chaque impression.
• Défauts de surface ou piqûres : Une surface détériorée peut également causer des problèmes d'adhérence. Il est important de maintenir le lit en bon état et de le remplacer si des défauts sont détectés.
• Revêtement usé : dans le cas des films adhésifs, il faut considérer qu'ils perdent de leur efficacité à l'usage, il faut donc les remplacer par un nouveau dès que l'on détecte qu'ils sont usés. Les revêtements liquides peuvent être réutilisés pour plusieurs impressions, bien qu'il soit possible qu'une partie du revêtement soit perdue lorsque la pièce est retirée. Avant chaque impression, il convient de vérifier l'état du revêtement et de procéder à une nouvelle application si nécessaire.

Image 4 : Comparaison d'une base en bon état et d'une base en mauvais état. Source : prusa3d.com

Problèmes liés à une mauvaise adhésion

La principale conséquence d'une mauvaise adhérence à la surface d'impression est que la pièce se détache de la base. Cela entraînera toujours une défaillance de l'impression, mais, dans certains cas, cela peut aussi être la cause d'une défaillance ou d'une casse de l'équipement.
Si la pièce se détache et s'éloigne de sa position initiale, l'imprimante continuera à imprimer sans avoir de substrat sur lequel déposer le nouveau matériau. Le plastique va alors adhérer à la buse et au bloc, formant une masse qui va croître au fur et à mesure de l'impression. Si elle n'est pas arrêtée à temps, cette masse de plastique fondu devient si importante qu'elle peut rendre le hotend inutilisable.

Pour comprendre et résoudre les problèmes d'adhérence, il faut tenir compte du fait que la pièce peut se détacher par deux mécanismes.

S'il n'y a pas une bonne adhérence entre la surface d'impression et la première couche, la pièce se décollera complètement à cause de la friction de la buse pendant l'impression et des vibrations. En général, la panne se produit au début du processus d'impression. Dans ce cas, il est conseillé de vérifier les points suivants:

• Distance entre la buse et la base
• Hauteur de la première couche
• État du substrat
• Solution adhésive utilisée

Il se peut que l'adhésion à la base soit très bonne, mais que la pièce commence à se décoller aux extrémités. En effet, le retrait lors du refroidissement génère des contraintes de l'extérieur de la pièce vers le centre qui la déforment. Dans ces cas, l'adhérence entre la pièce et la base n'est pas suffisante pour compenser les contraintes générées par le retrait. Ce phénomène est connu sous le nom de déformation. Dans ce cas, la pièce se décolle progressivement et l'impression peut échouer à tout moment, même quelques minutes avant la fin. Dans ce cas, on peut tenter d'améliorer l'adhérence pour compenser le warping, mais d'autres facteurs tels que les paramètres de stratification, le type de matériau ou la température ambiante doivent être pris en compte.

Problèmes liés à une adhésion excessive

Dans certains cas, une adhérence excessive à la base peut rendre vraiment difficile la séparation de la pièce. Dans ces cas, il convient de vérifier les points suivants :

• Distance entre la buse et la base : Il est important d'avoir un espace suffisant entre la buse et la base d'impression. Une distance trop faible peut endommager la surface d'impression, provoquer une adhérence excessive de la pièce ou provoquer un blocage en ne permettant pas au plastique fondu de sortir.
• Solutions d'adhérence : certains matériaux tels que le PETG ou certains matériaux flexibles peuvent présenter une adhérence excessive aux revêtements adhésifs ou liquides. Dans ces cas, il est conseillé de ne pas utiliser de revêtements sur la plate-forme d'impression ou d'imprimer sur un radeau. 
• Extrusion excessive : Une extrusion excessive, surtout dans la première couche, peut également augmenter l'adhérence.

Lorsqu'un problème d'adhérence excessive apparaît, il existe plusieurs façons d'encourager le retrait des pièces :

• Refroidissement de la base : comme la base et la pièce auront des coefficients de dilatation thermique différents, le refroidissement de la base peut aider la pièce à se détacher. La meilleure façon de procéder est de chauffer la base, puis de la placer sur une surface froide, comme une poche de glace, afin qu'elle se contracte fortement.
• Utiliser une spatule bien aiguisée : dans certains cas, l'adhérence excessive est due à un effet de ventouse. Dans ces cas, il est conseillé d'introduire une spatule pointue sous le morceau et de le décoller progressivement. Cette méthode présente le risque d'endommager à la fois le socle et la pièce.
• Dissoudre les revêtements liquides : cela n'est possible que si l'on utilise un revêtement en spray ou en stick. Comme ces produits sont facilement solubles, le fait de placer la base sous un jet d'eau ou de l'immerger peut aider à retirer la pièce.

Il est nécessaire d'être particulièrement prudent lors de l'utilisation de bases en verre, car le risque de casse est élevé. Il n'est pas rare qu'un fragment de la surface d'une base en verre trempé soit arraché lors du retrait de pièces trop fortement collées.

L'utilisation de bases flexibles permet d'éviter ce problème dans une large mesure et constitue donc une option fortement recommandée.

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.