18 Mar 2016

Retour d’expérience sur le montage d’une imprimante 3D

Bonjour à tous! L’article d’aujourd’hui est légèrement différent des précédents car il ne parle pas directement de programmation (bien que j’adore ça :D), mais d’impression 3D.

Comme le sous-entend le titre de cet article, j’ai monté ma propre imprimante 3D il y a une dizaine de mois. Même si cela peut paraître assez simple, j’ai finalement été confronté à toutes sortes de problèmes qui m’ont fait perdre pas mal de temps et d’argent. J’ai donc essayé de regrouper les erreurs qu’un débutant pouvait faire, et les problèmes qu’il pouvait rencontrer. Ne vous attendez pas à un tutoriel sur la création d’une imprimante, il en existe déjà une flopée sur internet très complets.

ATTENTION CET ARTICLE N'EST PAS UN ARTICLE SUR LE MONTAGE D'UNE IMPRIMANTE

Ah et il s’agit de mon 1er article sur ce blog, j’espère qu’il vous plaira!

Idée de départ, idée du midi

Mais commençons par le début. Il y a maintenant 1 an, j’ai fait connaissance avec l’Arduino et tout l’univers “maker” qui tourne autour. J’ai trouvé vraiment génial le fait de pouvoir faire de l’électronique si facilement et j’ai décidé de partager cette nouvelle passion au webcenter. De la est né le rendez-vous des idées du midi.

Ces petits points mensuels étaient l’occasion de partager le travail et les idées des uns et des autres afin de les affiner, voir de les réaliser. Lors d’une de ces séances me vint une idée toute bête. Pourquoi ne pas créer une imprimante 3D? Pour info, je n’y connaissais rien en impression 3D et très peu en électronique à l’époque, mais je trouvais le challenge intéressant.

Modèle de départ

J’ai donc commencé donc par me renseigner sur les modèles existants, et en ai repéré un sur le site Thingiverse qui m’avait l’air plutôt facile à monter, avec une documentation assez détaillée et avec une liste d’achat toute faite et (du coup) peu coûteuse. Pour économiser encore plus, j’ai aussi décidé de réaliser certaines pièces en bois.

La première version de l'imprimante

1ère version de l’imprimante, sans les branchements et avec le plateau chauffant à l’envers…

 

Après avoir reçu toute les pièces (commandées sur Aliexpress, et donc reçues 1 mois plus tard), le montage commence. Je me rend alors vite compte que les instructions sont assez légères, voir incorrectes, ce qui m’oblige à recommander de nouvelles pièces. Je fini par arriver à mes fins, mais l’impression est très mauvaise (quand j’arrive à imprimer), la tête d’impression tiens très mal et se fait même parfois la malle.

l'une des 1ères tentatives. J'avais peur...

l’une des premières tentatives. Ça fait peur!

Après avoir réfléchi sur le meilleur moyen de corriger tous ces problèmes à moindre coût, je décide de trouver un autre modèle d’imprimante 3D, plus fiable, facile à monter et assez commune.

Prusa I3

Je me rend alors compte que le modèle le plus commun est la Mendel Prusa I3, du nom de son inventeur. Cette imprimante est référencée sur le site Reprap.org, dont le but est de regrouper des modèles d’imprimantes pouvant “s’auto reproduire”, ou presque.

Prusa i3 Rework

Prusa i3 Rework

La prusa étant une imprimante open source, Il en existe pas mal de variantes. Je pars sur la version “rework”, car ce modèle est bien documenté. Je décide aussi de faire le coffrage en bois, encore une fois par soucis d’économies.

Ce modèle utilisant les mêmes moteurs et composants électroniques que mon ancien essai, je n’aurais qu’à acheter la structure de l’imprimante (tout se trouve en magasin de bricolage). Je trouve un kit de pièces imprimées pas trop cher sur Ebay (en ABS, n’achetez pas de kit en PLA ou vos pièces risquent de casser, voir de fondre…), et me voilà fin prêt à monter ma Prusa!

Matériel

Petit lexique

Avant d’aller plus loin, voyons de quoi est composé une imprimante 3D, de manière générale.

Tête d’impression (hotend) et extrudeur

Et oui pour imprimer il va nous falloir chauffer notre fil plastique. Une tête d’impression c’est en fait:

  • une buse: C’est par ici que va sortir le fil. Il en existe plusieurs tailles et forcement plus c’est petit plus c’est précis, et plus c’est grand plus c’est rapide. Si vous comptez imprimer avec différents fils, je vous conseille d’en acheter plusieurs.
  • un bloc chauffant: avec une cartouche chauffante, c’est ce qui va chauffer notre buse. On lui colle une petite thermistance pour connaître sa température.
  • un dissipateur: il permet au fil de ne pas fondre avant d’entrer dans la buse, sinon c’est le bouchon assuré! Il est conseillé de lui adjoindre un petit ventilateur.

L’extrudeur va s’occuper de pousser le fil dans la hotend. Il n’est pas toujours posé juste au dessus de cette dernière, avec comme avantage d’alléger le chariot qui déplace la tête et donc de gagner en vitesse, mais avec plus de risques de voir de petits défauts sur la pièce imprimée.

bloc d'impression

bloc d’impression

Moteurs pas à pas (steppers)

Il faut des moteurs pour bouger la tête d’impression et entraîner notre fil plastique, et pour avoir le maximum de précision ce sont des moteurs dits “pas à pas” qui sont utilisés.

moteurs pas à pas

moteurs pas à pas

Électronique de commande

Afin de contrôler nos moteurs il faut un peu d’électronique. La combinaison la plus commune est l’utilisation d’un Arduino pour coordonner les mouvements de l’imprimante, des ventilateurs, la température de notre tête d’impression par dessus lequel nous allons brancher une carte qui va piloter tout ça, la plupart du temps une RAMPS.

Sur cette dernière il faudra rajouter un stepstick par moteur, une sorte d’extensions pour piloter ces derniers avec précision.

le kit une fois assemblé

le kit une fois assemblé

Achats

Vous pourrez trouver la liste des achats sur le site Reprap. Comme je l’ai dit au-dessus, toute la partie mécanique et électronique a été acheté sur Aliexpress, un site qui vend uniquement du matériel chinois. Les prix sont donc plutôt bas, mais en contrepartie la qualité s’en ressent.

Ayant eu un plateau chauffant qui ne chauffait pas assez pour imprimer de l’ABS (alors que c’était son utilité première) et une tête d’impression (une JHEAD) qui se bouchait constamment, je vous conseille d’acheter des pièces européennes (sur reprap-france.org par exemple, dont le filament est par ailleurs vraiment pas cher). J’ai opté pour la tête d’impression E3DV6, la qualité n’avait vraiment rien à voir.

hotend E3D V6

Je n’ai pas eu de problèmes particuliers avec les autres pièces, néanmoins faites attention avec les moteurs, les NEMA17. Je pensais que ces derniers étaient génériques et j’ai donc acheté les moins chers, mais il se trouve qu’ils ont moins de couple que les “vrais” NEMA17. Je n’ai pas eu de problèmes avec et je ne pense pas que cela joue sur la qualité, mais surement sur la vitesse d’impression.

Pour ce qui est de l’électronique j’ai acheté un kit arduino + ramps + stepstick et je n’ai pas eu de problèmes particulier, hormis un stepstick qui à cramé 8 mois plus tard. Les 2 modèles les plus utilisés sont les A4988 et les DRV8825. C’est derniers sont sensés être 2 fois plus précis, mais pour avoir testé les 2 je n’ai personnellement vu aucune différence.

A4988 et DRV8825

A4988 et DRV8825

Montage

prusa I3 wood

Je suis donc parti sur un cadre en bois pour ma prusa. J’ai récupéré quelques planches d’aggloméré et une scie sauteuse, et en une journée le découpage + montage était fait.

Lors de la découpe des différentes tiges, faites bien attention de prendre les dimensions pour le cadre en bois et non pas la version par défaut. Je me suis fait avoir et j’ai du coup perdu un peu de hauteur d’impression. J’ai aussi du monter le moteur de l’axe Y à l’envers, car celui-ci devait normalement dépasser du cadre.

Ce que je suis sensé avoir

Ce que je suis censé avoir…

…ce que j’ai

Faites aussi très attention à la taille des planches. Sur mon cadre, les planches qui sont sur le côté sont légèrement plus petites que celles à l’avant. Il en résulte une perte de stabilité sur l’axe Z, mais surtout les axes X et Z ne sont pas parfaitement perpendiculaires. Les grandes impressions sont du coup légèrement penchées vers l’avant, ce qui me fait foirer toutes les pièces qui demandent de la précision 🙁

le pied ne touche pas le sol, d'où les patins (mais ce n'est pas mieux)

le pied ne touche pas le sol, d’où les patins (mais ce n’est pas mieux)

Je déconseille donc l’utilisation de l’aggloméré, car c’est quand même assez difficile d’avoir une découpe propre avec. Orientez-vous plutôt vers du contreplaqué ou du MDF. Et si vous avez du mal à manier une scie sauteuse, vous pouvez toujours acheter vos planches dans un magasin de bricolage et vous les faire couper sur place, parfois sans avoir à payer de supplément.

Qualité

Bon maintenant que notre imprimante est montée on va pouvoir imprimer. Et oh joie, ça marche! Seulement en y regardant de plus près les pièces ne sont pas super belles. Voyons voir comment améliorer tout ça.

Evolution de la qualité d'impression

Evolution de la qualité d’impression

Ventilation

La première optimisation que je vous conseille, c’est de ventiler l’impression. Autant sur des grandes pièces ça ne se voit pas trop, autant sur des petites ça saute aux yeux!

Si le fil n’est pas refroidi dès qu’il est imprimé, il aura tendance à se dilater, ce qui peut entraîner des décalages ou des fils qui se chevauchent. On le voit très clairement sur les joues du cavalier.

Un cavalier, qui surgit de la nuit

Un cavalier, qui surgit de la nuit

Même ventilé le fil peut ne pas refroidir assez vite entre les couches. Il faudra donc configurer l’impression pour insérer des temps de pause entre les couches si elles s’impriment trop vite.

Attention cependant lorsque vous imprimez avec de l’ABS, il ne faut ventiler la pièce qu’après 2 ou 3 couches sinon votre pièce aura de grandes chances de se décoller du plateau pendant l’impression.

Il m’arrivait aussi d’avoir des décalages à partir d’une dizaine de couches. J’ai mis pas mal de temps a trouver d’où venait le problème. C’est en fait l’électronique qui chauffait et qui faisait sauter un ou plusieurs pas aux steppers! Donc en plus de refroidir la pièce, je vous conseille grandement de refroidir aussi toute l’électronique.

Vous voyez le décalage au niveau des pieds et des mains ?

Vous voyez le décalage au niveau des pieds et des mains ?

Wooble

J’ai mis un peu de temps à mettre un nom sur ce phénomène. Sur la prusa I3, l’axe Z se déplace à l’aide de 2 tiges. Une lisse pour guider l’axe et une fileté pour le motoriser. Hors une seule pièce tiens ces 2 tiges. Du coup si notre tige fileté n’est pas parfaitement usinée le filetage se retrouve visible sur la pièce. On appelle ce phénomène le wobble.

On voit bien les lignes qui se répètent

On voit bien les lignes qui se répètent

Il existe 2 moyens de supprimer cet effet. Mettre les moteurs en haut et laisser la gravité corriger ce problème, ou désolidariser le maintien des 2 tiges, avec une seconde pièce qui s’occupera de pousser l’axe vers le haut. Vous trouverez sur Thingiverse différentes pièces à imprimer pour y parvenir.

vibrations axe X (aussi appelé ripple, shadow, ou ghosting)

Le dernier problème est lié à l’architecture de la Prusa, mais là encore j’ai mis du temps à comprendre d’où il venait. Sur cette imprimante, le plateau sur lequel est posé la pièce est mobile sur l’axe X, et c’est une courroie qui s’occupe de son déplacement.

Une image vaut mieux qu'un long discours

Une image vaut mieux qu’un long discours

Le problème de cette architecture c’est que le plateau à tendance à vibrer lorsque ce dernier fait des mouvements brusques. L’impression continue et nous retrouvons donc nos vibrations sur notre petit Marvin.

Vous voyez les vagues?

Quelles jolies vagues derrière les oreilles, on dirait presque que c’est fait exprès

Je n’ai malheureusement pas trouvé de moyen pour supprimer ça (il faudrait rendre le plateau fixe), mais il est possible de l’atténuer en mettant de la mousse entre le chariot et le plateau fixé sur ce denier.

La tension de la courroie de notre axe X peut aussi avoir un impact. Une courroie trop tendu c’est plus de vibrations mais une meilleure précision, et inversement. Il faut donc trouver le meilleur compromis.

Il serait aussi possible de transmettre les vibrations dans le sol en mettant des pieds particuliers à notre imprimante. Néanmoins je ne l’ai pas testé car j’ai un doute sur son efficacité, mais cela ne vous empêche pas d’essayer 🙂

Slicers

Afin de convertir notre objet 3D dans un format compréhensible par notre imprimante 3D, nous allons utiliser un logiciel appelé slicer. Les plus connus sont Slic3r, Cura et Repetier.

Slic3r VS Cura

Pour avoir essayé les 2, chacun a ses avantages et inconvénients. Slic3r permet des réglages très pointus, et Cura est beaucoup plus simple d’utilisation, et son moteur est utilisé par des host comme Octoprint (qui permet de contrôler l’imprimante 3D depuis une interface web) pour “slicer” à la volée.

Néanmoins, avec les mêmes réglages, le chemin parcouru par la tête d’impression est différent pour chacun des slicers, ce qui donne un rendu différent.

Slic3r à gauche et Cura à droite

Slic3r à gauche et Cura à droite

Pour notre petit Marvin, celui imprimé par Cura parait plus brouillon et contient quelques petits trous. Après je suppose que chaque Slicer a ses propres réglages optimaux.

Si vous voulez configurer au mieux Slic3r, je vous recommande cette Playlist Youtube qui vous expliquera pas à pas chacun des réglages.

Conclusion

Bien que le montage de l’imprimante ai été relativement court, toute la partie réglage et résolution des problèmes m’a pris plusieurs mois. La monter moi-même fut extrêmement fun et instructif, mais aussi très coûteux en temps et parfois bien désespérant. Si vous aussi vous voulez tenter l’aventure, je vous conseillerai donc d’acheter un kit européen, sur reprap-france.org par exemple. Les pièces sont garanties et vous aurez beaucoup moins de problèmes. Et au final l’argent que j’ai économisé en achetant des pièces chinoises à été dépensé dans l’achat de pièces de rechange européennes…

Et maintenant? Et bien j’ai toujours un problème avec mon cadre qui n’est pas stable. J’hésite encore entre le refaire, le retoucher, en acheter un, ou le faire découper au laser dans un fablab. J’aimerai aussi augmenter assez la qualité pour pouvoir imprimer un autre extruder plus léger.

J’espère que cet article vous aura donné envie de vous lancer dans l’impression 3D. Pour ma part j’ai passé pas mal de temps à améliorer mon imprimante, je pense qu’il est maintenant temps de l’utiliser!

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