Systèmes d'extrusion. Réglages et entretien.

Le extrudeur est l'élément responsable de l'extraction du filament vers l'intérieur de l'hotend de manière à générer à l'intérieur de celui-ci une pression suffisante pour que le matériau fondu s'écoule de manière constante et homogène à travers la buse.

En fonction de la position de l'extrudeur, on peut distinguer deux types de systèmes d'extrusion différents : Direct et Bowden.

Systèmes d'Extrusion Directe

Dans les systèmes directs, l'extrudeur est situé dans la tête d'impression directement fixée à l'hotend, se déplaçant solidairement avec celui-ci. Du fait de leur parcours court et direct jusqu'à l'hotend, ils peuvent contrôler de manière plus précise la pression à la buse en utilisant des distances de rétraction plus courtes. De plus, en se comprimant moins pendant l'extrusion et en n'ayant pas de jeu dans le parcours jusqu'à l'hotend, il est beaucoup plus facile d'utiliser des filaments flexibles et élastiques.

Au sein des extrudeurs directs, on peut distinguer deux types : les standards et les compacts. Dans les extrudeurs directs standards, le dissipateur sert d'élément de séparation entre l'hotend et l'extrudeur. Ce type d'extrudeurs minimise la transmission de chaleur entre l'hotend et l'extrudeur, ce qui permet d'utiliser des matériaux à haute température sans rencontrer de problèmes de surchauffe de l'extrudeur. De plus, ils sont généralement moins sujets au "Heat Creep" avec le PLA.

Les extrudeurs directs compacts ont généralement le dissipateur intégré dans le boîtier de celui-ci, ce qui permet d'attacher l'hotend directement à l'extrudeur, réduisant ainsi le parcours du filament. Ce type d'extrudeurs est recommandé pour l'impression de filaments flexibles ou élastiques de faible dureté.

Image 1 : Extrudeur direct standard (à gauche) et compact (à droite). Source : Bondtech

Le principal inconvénient des extrudeurs directs est qu'ils, étant intégrés dans la tête, augmentent le poids de celle-ci entraînant de plus grandes inerties pendant le mouvement. Comparés aux systèmes bowden, il est recommandé d'utiliser des accélérations et des vitesses de changement de direction plus faibles. En général, pratiquement tous les extrudeurs directs utilisent des filaments au format 1,75 mm.

Systèmes d'Extrusion Bowden

Dans les systèmes Bowden, l'extrudeur reste fixe et guide le filament vers l'hotend à travers un tube, généralement en PTFE. Ce type de systèmes réduisent de manière significative le poids de la tête, permettant ainsi d'utiliser des accélérations plus importantes et des vitesses de changement de direction plus élevées par rapport aux systèmes directs. Cependant, ils présentent un inconvénient majeur : le long trajet entre l'extrudeur et l'hotend, associé au plus grand diamètre interne du tube Bowden, entraînent l'apparition de jeux et une compression accrue du filament, rendant plus compliqué le contrôle des rétractions. L'optimisation des matériaux, en particulier des flexibles et élastiques, dans ce type de systèmes est bien plus complexe que dans le cas des systèmes directs. De plus, il est possible que certains filaments flexibles et élastiques de faible dureté, ainsi que des filaments fragiles tels que les métalliques ou céramiques, ne puissent pas être imprimés sur certaines imprimantes équipées de ce type d'extrudeurs.

Image 2 : Extrudeur avec configuration Bowden. Source : Bondtech.se

Il existe des extrudeurs Bowden compatibles aussi bien avec des filaments de 1,75 mm que de 2,85 mm. Étant donné que le format de 2,85 mm nécessite des forces de traction plus importantes pour obtenir la même pression que dans le format 1,75 mm, il est recommandé dans ces cas d'utiliser des moteurs haute puissance ou incorporant des réducteurs. Lors de l'utilisation de filaments flexibles, il est recommandé d'utiliser toujours des systèmes compatibles avec le filament de 2,85 mm.

Calibrage et Entretien

Afin d'éviter les problèmes, il est important d'ajuster et de maintenir correctement le système d'extrusion. Il existe une série de points communs dans les extrudeurs, qu'ils soient directs ou Bowden, qu'il est important de vérifier régulièrement.

1. Tension de traction de l'extrudeur

La plupart des extrudeurs sur le marché comprennent un système permettant de régler la tension de traction du filament. Il est très important d'ajuster correctement ce paramètre, car une tension trop faible entraînera un patinage du filament, entraînant des problèmes de manque d'extrusion ou d'extrusion irrégulière, tandis que une tension excessive provoquera des morsures par usure sur le filament qui diminueront sa section et pourraient provoquer un échec de l'extrusion.

Image 3 : Morsure sur un filament causée par une tension excessive de l'extrudeur.

Une morsure sur le filament n'est pas toujours causée par un problème de réglage de la tension de l'extrudeur. Parfois, elle peut être causée par un bourrage dans l'hotend. Pour différencier la cause, la méthode la plus simple est de pousser le filament jusqu'à ce que l'extrudeur le reprenne et de vérifier si le plastique s'écoule normalement par la buse.

Image 4 : Vis de réglage de la tension d'un extrudeur. Source : Bondtech.se

Il est recommandé de réajuster la tension chaque fois que l'on change de matériau avec des propriétés différentes. L'ABS, le nylon, le TPU ou le TPE peuvent nécessiter des ajustements de tension très différents. Pour ajuster la tension, les étapes suivantes doivent être suivies :

1. Desserrer la tension au maximum

2. Démarrer l'extrusion de l'imprimante 3D et charger le filament.

3. Augmenter lentement la tension jusqu'à ce que les roues commencent à entraîner le filament et attendre que du plastique commence à sortir par la buse.

4. Augmenter davantage la tension jusqu'à ce que le plastique s'écoule de manière continue et uniforme, si nécessaire.

La tension appropriée est la plus faible nécessaire pour entraîner le filament de manière constante.

2. Entretien des roues d'entraînement

Les extrudeurs entraînent le filament à l'aide de deux roues opposées, dont au moins une présente une surface striée ou rugueuse. Il est rare que ces roues s'usent, sauf en cas d'utilisation de matériaux abrasifs (filaments renforcés de fibres, métalliques ou céramiques). En cas d'utilisation régulière de filaments de ce type , il est recommandé de vérifier périodiquement l'état des roues et de les remplacer lorsqu'elles présentent des signes d'usure.

Image 5 : Roues d'entraînement de filament. Source : Bondtech.se

En plus de vérifier l'usure des roues, il est également nécessaire de vérifier leur propreté. Il est courant que au fil du temps, des résidus de plastique se détachent du filament par frottement, qui doivent être retirés pour éviter qu'ils n'atteignent l'hotend et ne provoquent un blocage. Le nettoyage peut être effectué à l'aide d'une petite brosse et dans de nombreux cas, il n'est pas nécessaire de démonter l'extrudeur, car beaucoup d'entre eux disposent d'une zone d'accès pour faciliter cette tâche.

Image 6 : Port d'accès pour nettoyer les roues. Source : Bondtech.se

La dernière tâche de maintenance requise par les roues consiste à lubrifier les zones dentées, que ce soit entre le moteur et la roue d'entraînement ou également entre les deux roues dans le cas des systèmes DDG (dual drive geared). Il est très important de appliquer de très petites quantités de lubrifiant, et uniquement dans les zones dentées, pour éviter toute contamination du filament ou que le lubrifiant n'atteigne l'hotend.

3. Entretien des tubes PTFE

La plupart des systèmes d'extrusion incluent une section de tube PTFE à un certain point.

Dans les systèmes Bowden, un long tube PTFE est utilisé pour guider le filament depuis l'extrudeur jusqu'à l'hotend. Il est très important d'utiliser des tubes PTFE de bonne qualité avec des diamètres internes ajustés et constants. Ces tubes en PTFE doivent être remplacés lorsqu'ils montrent des signes d'usure ou de détérioration, ainsi que lorsqu'ils présentent des plis ou des encoches.

Dans de nombreux systèmes directs, de petits segments de tube PTFE sont également utilisés. Dans les systèmes avec hotends entièrement métalliques, il est courant qu'il y ait un tube PTFE qui guide le filament depuis les roues d'entraînement jusqu'à l'entrée du heatbreak, tandis que dans les systèmes avec hotends non entièrement métalliques, ce tube PTFE atteint la buse. Ce petit tube est généralement un consommable qui doit être remplacé régulièrement, en particulier dans les hotends non entièrement métalliques. Il est recommandé d'utiliser toujours ceux fournis par le fabricant du hotend, car ils ont généralement à chaque extrémité un évasement ou un usinage spécial. Dans ces cas, l'utilisation de sections de tube PTFE standard coupées manuellement peut entraîner des problèmes de blocage, soit parce que le tube n'a pas la longueur ou la forme d'entrée correcte, soit parce que le diamètre interne n'est pas correct.

Image 7 : Conception de l'insert PTFE d'un extrudeur pour Prusa Mk3s+. Source : Prusa Research.

Le maintien et l'ajustement de l'extrudeur doivent toujours être accompagnés d'un entretien correct de l'hotend, car en travaillant de manière solidaire, les problèmes de l'hotend peuvent entraîner des problèmes avec l'extrudeur et vice versa.