Vitesses et accélérations dans l'impression 3D

La configuration correcte des paramètres de vitesse et d'accélération est fondamentale. La vitesse d'impression maximale est généralement effectivement limitée par le débit volumétrique maximal que l'extrudeuse peut fournir, tandis qu'il n'y a pas de limite exacte à la vitesse de déplacement de la tête, mais des vitesses et des accélérations plus élevées ont tendance à diminuer la qualité d'impression.

Paramètres de vitesse et d'accélération

Les mouvements droits sur les axes se composent de trois étapes :

• Accélération de la vitesse de changement de direction à la vitesse maximale.

• Déplacement à vitesse maximale constante

• Décélération jusqu'à la vitesse de changement de direction.

C'est pourquoi il existe trois paramètres qui définissent les vitesses et les accélérations dans le mouvement d'une imprimante 3D FFF pour chacun des 4 axes (X, Y, Z, E). Ces paramètres sont vitesse maximale, accélération et vitesse de changement de direction (à-coup).

Vitesse maximale : Vitesse maximale à laquelle la tête peut se déplacer sur chaque axe. Généralement configuré dans le slicer et peut être différent pour chaque élément de pièce.

Vitesse de changement de direction : Généralement configuré directement dans le firmware et généralement constant pour chaque axe. C'est la vitesse maximale autorisée avant un changement de direction.

Accélération : C'est la valeur d'accélération appliquée pour passer de la vitesse de changement de direction à la vitesse maximale et vice versa. Généralement configuré dans le firmware et généralement constant pour chaque axe.

Bien qu'il soit généralement considéré que la vitesse d'impression impacte la qualité de la pièce, les paramètres qui ont le plus d'influence dans ce sens sont l'accélération et la vitesse de changement de direction, car des décélérations élevées et des vitesses de changement de direction transmettent plus rapidement l'énergie de la tête à la structure de l'imprimante, provoquant des vibrations et des pertes de pas moteur possibles.

Cela ne signifie pas que la vitesse d'impression en elle-même n'a pas d'impact. Plus la vitesse est élevée, plus l'impulsion linéaire de la tête est grande, et donc plus d'énergie sera dissipée en décélération et en changement de direction, donc des vitesses d'impression élevées affecteront également la qualité d'impression.

Configuration de la vitesse

En général, les fabricants incluent généralement des configurations correctes de vitesse d'accélération et de changement de direction dans le firmware de leurs équipements, il n'est donc pas recommandé de les modifier. La configuration la plus courante est basée sur l'ajustement de la vitesse d'impression dans le logiciel de tranchage.

Actuellement, la plupart des logiciels de tranchage permettent de modifier la valeur de vitesse pour les différentes parties de la pièce. C'est un avantage important lors de l'optimisation des temps d'impression, car toutes les zones de la pièce ne nécessitent pas la même qualité d'impression. Les éléments les plus courants sur lesquels la vitesse d'impression peut être modifiée sont :

• Périmètres: Les grands défauts dans les périmètres internes peuvent se refléter sur la surface de la pièce. C'est pourquoi des valeurs intermédiaires sont généralement utilisées par rapport à celles utilisées dans les périmètres externes et le remplissage.

• Périmètres externes: Avec la première et la dernière couche, c'est la partie visible de la pièce. Il est recommandé d'utiliser des vitesses moyennes ou basses pour garantir une bonne finition. Généralement, la vitesse d'impression est réduite entre 25% et 50%.

• Remplissage: La vitesse maximale est généralement utilisée car les défauts ou les vibrations qui se produisent dans cette zone ne sont généralement pas visibles à l'extérieur de la pièce. Lorsque des vitesses de remplissage très élevées sont utilisées, il est recommandé d'utiliser de faibles valeurs de chevauchement de remplissage (10% - 15%).

• Remplissage solide: Comme pour le remplissage, il est courant d'utiliser la vitesse maximale car les défauts n'impactent généralement pas la qualité de la pièce.

• Première couche: Pour garantir une bonne adhérence au plateau d'impression, des vitesses très basses sont généralement utilisées pour la première couche. Il est le plus courant de ne pas dépasser 20 mm/s.

• Dernière couche: Comme dans le cas des périmètres externes, il est courant d'utiliser des vitesses avec une réduction entre 25% et 50% pour garantir une bonne qualité.

• Matériau de support: La vitesse dépend largement de l'utilisation ou non de matériau soluble ou si les supports sont faits du même matériau que la pièce. En général, des vitesses légèrement plus basses sont utilisées sur les supports, car leur faible densité présente un risque de défaillance. Les matériaux solubles nécessitent généralement des vitesses plus basses en raison de leur faible adhérence.

• Ponts: Pour améliorer la qualité des surplombs dans les ponts, des vitesses élevées sont généralement sélectionnées. Les valeurs courantes sont de 110% ou 120%.

Voici quelques valeurs sûres pour les imprimantes avec têtes légères et lourdes.

En fonction de la stabilité de la structure de l'imprimante 3D, des vitesses plus élevées peuvent être utilisées.

Limitations basées sur la taille et la géométrie de la pièce

Il est possible que pour certaines pièces, il ne soit pas possible d'utiliser la vitesse maximale. Cela est dû au fait qu'il peut être nécessaire de commencer à décélérer avant d'atteindre la vitesse maximale lors de courts trajets. Cela se produit principalement dans les configurations avec des valeurs d'accélération très basses et des petites pièces avec des géométries complexes. En général, dans ces cas, il y a un écart significatif entre le temps d'impression estimé par le logiciel de tranchage et le temps d'impression réel.

Image 1 : Profils d'accélération, de vitesse constante et de décélération pour des trajets courts et longs. Source : Filament2print.com

Problèmes découlant d'un mauvais ajustement des vitesses ou des accélérations

En général, les vitesses basses ne posent généralement pas de problèmes, mis à part des temps d'impression excessivement longs. Seulement lorsque les vitesses sont excessivement basses (5-10 mm/s) peuvent survenir des problèmes d'extrusion irrégulière en raison de la faible vitesse du moteur d'extrusion, incapable de fournir un débit constant. Ce problème ne se produira pas dans les extrudeuses qui intègrent des réducteurs.

Cependant, les vitesses élevées sont souvent la cause de problèmes:

• Vibrations: Un des problèmes les plus courants est l'apparition de vibrations. Ces vibrations se reflètent généralement sous forme de motifs ondulés sur la surface de la pièce, généralement autour des bords.

Image 2 : Motif sur la surface d'une pièce causé par des vibrations dans l'imprimante. Source : Simplify3D.com

• Pertes de pas moteur: La combinaison de vitesses élevées, associée à des moteurs alimentés par de faibles courants, peut provoquer des pertes de pas moteur qui se traduisent par des erreurs dimensionnelles de la pièce ou des décalages de couche.

Image 3 : Pièce avec décalage de couche. Source : Zortrax.com

• Séparation de la pièce de la base: Les vitesses élevées sont également l'une des causes courantes du détachement de la pièce ou des supports de la base. Cela peut être dû aux vibrations, au frottement de la buse avec la pièce, ou à une combinaison des deux.

• Jointure du remplissage et des périmètres et fermeture du périmètre: Les vitesses d'impression ou de changement de direction élevées peuvent entraîner une mauvaise adhérence entre le remplissage et les périmètres ou empêcher le périmètre de se fermer correctement en produisant une mauvaise adhérence des sections de ligne finale. Ce phénomène se produit plus fréquemment dans la première couche.

Remarque : Ce guide aborde les concepts de manière générale 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 significatives dans les procédures de calibration ou d'ajustement entre différentes marques et modèles, il est donc recommandé de consulter le manuel du fabricant avant de lire ce guide.