Températures d'impression 3D et optimisation

Remarque : Ce guide traite des concepts 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 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.

La température d'impression d'un filament donné dépend non seulement du type de matériau, mais aussi des conditions d'impression. La vitesse d'impression, le diamètre de la buse, le type d'extrudeur ou la distance entre l'extrudeur et le hotend ont une influence considérable sur la température d'impression optimale. C'est pourquoi les fabricants fournissent généralement une plage de températures plutôt qu'une température spécifique.

La bonne température d'impression

C'est une idée fausse de parler de la température d'impression optimale pour un filament donné. Dans la gamme de températures qu'un matériau donné peut tolérer, il y aura différentes températures optimales en fonction des exigences finales de la pièce. Par exemple, la température optimale pour obtenir la meilleure finition de la pièce peut ne pas être la température optimale pour obtenir la résistance mécanique maximale. C'est pourquoi, afin de déterminer notre température d'impression optimale pour un matériau donné, il est nécessaire de connaître clairement les propriétés finales requises par la pièce.

Comment déterminer la température optimale

Pour déterminer la température d'impression optimale, la première chose à faire est de définir la priorité de la pièce finale : finition esthétique ou fonctionnalité mécanique.

Pour déterminer la température optimale privilégiant la qualité de la finition, il est nécessaire d'imprimer un modèle comprenant au moins un pont et un porte-à-faux à différentes températures et de déterminer la température qui donne la meilleure finition. Il existe de nombreux exemples de modèles disponibles dans des référentiels en ligne, généralement appelés tours de calibrage de la température.

Image 1 : Exemple d'une tour de température comprenant des ponts, des porte-à-faux et des petits détails. Source : Thingiverse.com

Lors du choix des températures, il convient de consulter la plage de températures d'impression recommandée par le fabricant. L'idéal est d'évaluer l'ensemble de la plage de température par intervalles de 5 °C ou 10 °C. En outre, il est également recommandé d'évaluer 10 degrés au-dessus et au-dessous de la plage, en raison des différences entre les imprimantes du fabricant et celles de l'utilisateur.
Par exemple, si pour un certain matériau, le fabricant spécifie une plage de températures d'impression comprise entre 220 °C et 250 °C, les températures suivantes doivent être évaluées : 210 °C, 220 °C, 230 °C, 240 °C, 250 °C et 260 °C.

Une fois les échantillons imprimés, il convient d'évaluer lequel offre la meilleure qualité et la meilleure finition, en prêtant attention aux aspects suivants :

• Aucun surplomb sur les ponts et les les porte-à-faux.
• Que les petits détails soient nets.
• Pas de curling ou de soulèvement aux coins supérieurs de la pièce. Pour distinguer le curling du warping, il faut tenir compte du fait que dans le cas du warping, le soulèvement des coins est plus important à la base et diminue avec la hauteur, alors que dans le curling c'est le contraire : pratiquement nul à la base et très prononcé au sommet de la pièce.
• Fils minimaux. Il faut savoir que même à la température optimale, des fils peuvent apparaître si la configuration de rétraction n'est pas adéquate.

Image 2 : Curling ou soulèvement des coins causés par une surchauffe ou un dysfonctionnement du ventilateur de revêtement. Source : Simplify3D.com

Lorsque la priorité est d'optimiser le comportement mécanique de la pièce, il faut rechercher une adhérence maximale entre les couches. Pour ce faire, il est nécessaire d'imprimer des éprouvettes standardisées à différentes températures (comme dans le cas précédent) et de les tester. En général, des températures plus élevées produisent une meilleure adhésion entre les couches, donc s'il n'est pas possible de tester les éprouvettes, il est conseillé de travailler à la limite supérieure de la gamme fournie par le fabricant.

Sur des imprimantes correctement calibrées, des températures inférieures à la plage fournie par le fabricant produiront généralement une meilleure finition des pièces, au prix d'une moindre cohésion entre les couches. Des températures plus élevées assureront une adhérence optimale entre les couches, mais donneront également une moins bonne finition, en particulier sur les ponts et les porte-à-faux.

De nombreux matériaux ont également un point idéal, c'est-à-dire une température à laquelle les propriétés mécaniques et l'état de surface sont proches de l'optimum. Pour déterminer cette température, il est nécessaire d'effectuer les deux tests précédents et de vérifier s'il existe une température commune à laquelle les propriétés mécaniques sont proches de la valeur maximale et la finition de surface est bonne.

Effet de la température sur la couleur et la finition

En plus de la qualité esthétique et mécanique de la pièce, la température d'impression affecte également la finition de la pièce. La couleur et la finition de la pièce peuvent varier en fonction de la température d'impression. Des températures plus élevées produiront une plus grande brillance à la surface des pièces, tandis que des températures plus basses produiront des finitions mates ou satinées. La brillance plus ou moins élevée de la pièce fera également varier la perception de la couleur.

Principaux problèmes résultant d'une température inadéquate

Comme mentionné ci-dessus, les matériaux n'ont pas une température d'impression appropriée, mais plutôt une plage de températures dans laquelle le matériau peut être imprimé, ce qui donne des pièces aux propriétés différentes. Cependant, lorsque la température se situe en dehors de cette plage, des problèmes commencent à apparaître et peuvent entraîner des échecs d'impression. Il est nécessaire de distinguer les problèmes causés par une surchauffe et une sous-chauffe.

Problèmes causés par une température d'impression excessive :

• Les surplombs sur les porte-à-faux et les ponts : En cas de température excessive, le plastique ne refroidit pas assez vite et s'affaisse sous son poids, ce qui provoque un affaissement des porte-à-faux et des ponts. Il convient de noter que cela peut également être dû à une mauvaise performance de l'éventail de couches dans des matériaux tels que le PLA ou le PETg.
• Le curling ou soulèvement des coins : Il s'agit d'un phénomène consistant en un soulèvement des coins de la pièce dû à la rétraction du matériau lors du refroidissement. Cet effet est plus prononcé dans les couches supérieures en raison de l'accumulation de température due à un refroidissement insuffisant des couches précédentes.
• Manque de détails dans les petits éléments et les bords : un refroidissement trop lent fera perdre leur forme aux petits éléments, soit à cause du fluage propre du plastique, soit à cause de la friction et des vibrations de la tête.

Image 3 : Manque de détails dans un vertex dû à la surchauffe. Source : simplify3d.com

• Stringing : Dans certains matériaux, tels que le PLA et le PETg, une température excessive provoquera un stringing dans les déplacements du hotend. Ce phénomène dépend non seulement de la température, mais aussi de la configuration de la rétraction et de la performance thermique du hotend. Une température excessive peut donc entraîner un cordage, mais le cordage n'implique pas toujours une température excessive.
• Difficulté d'enlever les supports (dans le même matériau) : si la température est trop élevée, l'adhérence entre la pièce et les supports peut être si forte qu'il est impossible de les enlever sans utiliser d'outils de coupe. Ce n'est le cas que si le même matériau est utilisé pour la pièce et les supports.
• Extrusion incohérente : Une température plus élevée signifie également une viscosité plus faible du matériau. Si la température est trop élevée pour certains matériaux, la viscosité peut être si faible que l'extrusion n'est pas uniforme.
• Fluage dû à la chaleur dans la zone froide du hotend (Heat Creep) : certains matériaux tels que le PLA peuvent commencer à fluer à des températures aussi basses que 45°C. Une température trop élevée dans le hotend peut faire en sorte que la température dans la zone froide soit suffisamment élevée pour ramollir le filament, provoquant un colmatage. Une température trop élevée dans la partie chaude du hotend peut faire en sorte que la température dans la partie froide soit suffisamment élevée pour ramollir le filament et provoquer un colmatage. Ce phénomène est connu sous le nom de Heat Creep. Il est généralement causé par des performances thermiques inadéquates du hotend, aggravées par l'utilisation de températures d'impression trop élevées.

Problèmes causés par une température trop basse :

• Manque d'extrusion et colmatage : une température trop basse peut empêcher le plastique de se fluidifier correctement, ce qui entraîne un manque d'extrusion et parfois un colmatage.
• Faible adhérence entre les couches : pour qu'il y ait une bonne adhérence entre les couches, la température du matériau doit être suffisamment élevée pour faire fondre partiellement l'interface avec la couche précédente. Des températures trop basses entraînent une faible adhésion entre les couches, ce qui peut entraîner une délamination ou une séparation des couches lors du rétrécissement.

Image 4 : Séparation des couches. Source : simplify.com

• Mauvaise liaison entre le remplissage et le périmètre ou lacunes dans le joint : En général, pour éviter l'accumulation de matériau à la fin d'une extrusion, les logiciels de laminage définissent une distance de rétraction ou de rodage (arrêt de l'extrusion un peu avant d'atteindre la fin du mouvement). Une température d'impression trop basse peut faire en sorte que la quantité de matériau fournie ne soit pas suffisante pour terminer l'extrusion, ce qui entraîne des écarts entre le périmètre et le remplissage, ou dans la zone de fermeture du périmètre.