Thermistances et thermocouples. Types et problèmes courants

Les imprimantes 3D FFF peuvent utiliser différents types de capteurs de température, les thermistors NTC, les thermocouples et les sondes PT100 étant les plus courants.

Thermistors NTC

Les thermistors sont le capteur le plus courant, économique et facile à mettre en œuvre, car ils se connectent directement à la carte de l'imprimante. Ils sont un élément qui varie leur résistance électrique en fonction de la température, donc l'imprimante doit avoir la table RT (résistance versus température) spécifique préconfigurée dans son micrologiciel pour le modèle particulier en cours d'utilisation. Si vous remplacez un thermistor par un modèle différent, il est essentiel de modifier le micrologiciel de l'imprimante pour inclure la table RT spécifique du nouveau modèle; sinon, les lectures de température seront incorrectes. S'il n'est pas possible de modifier le micrologiciel de l'imprimante, il est essentiel de remplacer toujours le thermistor par un identique. Parmi ses principaux inconvénients, citons le fait de ne pas fournir une réponse linéaire et de ne pas être généralement adaptés aux températures élevées (supérieures à 300 °C).

Image 1 : Thermistor NTC. Source : Filament2print

Les principales causes de problèmes avec les thermistors sont deux :

• Configuration incorrecte des paramètres dans le micrologiciel : Comme mentionné précédemment, il est essentiel que le micrologiciel de l'imprimante ait les valeurs RT spécifiques d'un modèle spécifique de thermistor configurées pour convertir avec précision les valeurs de résistance mesurées en valeurs réelles de température. Tous les fabricants de thermistors fournissent leurs propres données RT pour chaque modèle, et les micrologiciels tels que Marlin ou RepRap FW incluent des tables RT pour les modèles les plus courants.

• Mauvaise condition des câbles ou des connexions : Tout comme les thermistors, la température est déterminée en mesurant la résistance du thermistor, donc des défauts dans le câblage ou les connecteurs entraînent des mesures de température incorrectes. Il est essentiel de vérifier périodiquement l'état des câbles du thermistor et des connexions. Le thermistor doit être connecté directement à la carte, en évitant l'utilisation de jonctions ou de connecteurs et en utilisant la longueur minimale nécessaire. En cas d'utilisation de connecteurs rapides, ils doivent être de la plus haute qualité possible et correctement sertis. Pour déterminer si un thermistor est installé correctement, la meilleure façon est de mesurer la résistance sur le connecteur de la carte avec un multimètre et de vérifier si elle correspond à la valeur spécifiée dans la table RT à 25 °C.

Thermocouples

Ils sont composés d'une jonction bimétallique qui varie sa conductivité en fonction de la température. Il existe plusieurs types, les type K étant les plus courants dans l'impression 3D en raison de la large plage de température qu'ils couvrent (-200°C à 1400°C). Ils sont très économiques et interchangeables; cependant, ils ont deux limitations importantes :

• Ils ont une précision très faible (supérieure à 1°C).

• Ils nécessitent des plaques d'amplification pour être utilisés.

Jusqu'à récemment, ils étaient la solution la plus courante pour les imprimantes 3D haute température; cependant, ils ont été remplacés par d'autres technologies telles que les thermistors haute température ou les sondes PT100.

Image 2 : Thermocouple de type K. Source : RS Composants

Les principales causes de problèmes sont :

• Mauvaise condition des câbles ou des connexions : Tout comme les thermistors, la température est déterminée en mesurant la résistance du thermocouple, donc des défauts dans le câblage ou les connecteurs entraînent des mesures de température incorrectes.

• Bruit électrique : Les thermocouples sont sensibles au bruit électrique, donc l'apparition de bruit dans le circuit altère les mesures.

Sondes RTD

Similaires aux thermistors NTC, elles sont composées d'un métal qui varie sa résistance électrique avec la température. Contrairement aux thermistors NTC où la résistance diminue avec la température, dans les sondes RTD elle augmente. Cela leur permet de mesurer avec précision des températures beaucoup plus élevées que les thermistors, jusqu'à 600°C. Bien qu'elles présentent une très bonne précision dans une large gamme de températures, elles ont l'inconvénient d'être plus coûteuses et que, tout comme les thermocouples, elles nécessitent de l'électronique supplémentaire, ce qui augmente encore leur coût et complique leur installation. Le type de sonde RTD le plus courant est la célèbre sonde PT100.

Image 3 : Sonde PT100 avec plaque d'amplification. Source : E3D

En général, elles présentent moins de problèmes que les thermistors NTC et les thermocouples, cependant, tout comme dans les cas précédents, il est important de vérifier l'état des câbles et des connecteurs, car leur fonctionnement repose également sur la lecture de la résistance électrique.

Problèmes liés à la température

De nombreuses fois, les problèmes de température ne sont pas liés au capteur lui-même, mais au modèle de contrôle de température et aux paramètres de sécurité de l'imprimante. Pour contrôler la température, les imprimantes 3D FFF utilisent un modèle basé sur la fréquence d'impulsion connu sous le nom de PID. Les coefficients de ce modèle déterminent la fréquence d'impulsion nécessaire pour obtenir une vitesse de chauffage plus élevée ou plus basse, donc une configuration correcte de ces paramètres est essentielle pour un contrôle précis de la température. C'est pourquoi la plupart des imprimantes 3D intègrent une fonction appelée calibration PID, qui détermine automatiquement ces paramètres. Il est recommandé de réaliser périodiquement cette calibration.

De plus, il est courant que les imprimantes 3D utilisent des algorithmes de sécurité qui désactivent le chauffage lorsque les vitesses de chauffage ou les températures atteintes ne correspondent pas à celles du modèle. Dans ces cas, des erreurs de température sont fréquentes. Lorsqu'elles surviennent, vérifiez ce qui suit :

• L'état des capteurs de température

• Les performances thermiques de l'extrudeuse

• Que le ventilateur de couche ne soit pas dirigé vers le bloc chauffant et ne le refroidisse pas.

• Que le bloc chauffant ne soit pas en contact avec le dissipateur de chaleur de l'extrudeuse.

• Réaliser une calibration PID.

Note : 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 y avoir des différences importantes dans les procédures de calibration ou de réglage entre différentes marques et modèles, il est donc recommandé de consulter le manuel du fabricant avant de lire ce guide.