Qu'est-ce que l'effet de fluage thermique dans les imprimantes 3D ?

Heat creep est un terme couramment utilisé dans l'impression 3D pour désigner le phénomène de déformation progressive des filaments causée par un stress prolongé à des températures élevées. Au cours du processus d'impression 3D, les filaments sont soumis à diverses conditions de température de chauffage et de refroidissement, et le fluage thermique peut entraîner des problèmes tels que des changements dimensionnels et une résistance réduite de l'impression finie, ce qui peut affecter la précision et les performances globales du produit fini. Par conséquent, comprendre et contrôler le fluage thermique est essentiel pour garantir la qualité et la fiabilité des pièces imprimées.

Causes principales

L'apparition du fluage thermique est principalement liée à la température et aux propriétés du filament.

Température

Température de la chambre

• Température de la chambre : les imprimantes 3D utilisent un système de chauffage pour maintenir la température de la chambre afin d'éviter un refroidissement rapide et la déformation des filaments pendant l'impression. La température correcte de la chambre garantit la stabilité des filaments lors de l'impression, mais si la température de la chambre est trop élevée, elle pourrait provoquer le ramollissement des filaments pendant l'impression, ce qui augmente le risque de fluage thermique.
• Température du plateau chauffant : dans l'impression 3D, le plateau chauffant est généralement chauffé à une certaine température pour augmenter l'adhérence des filaments pendant l'impression et réduire le rétrécissement causé par le refroidissement. Toutefois, si la température du plateau chauffant est trop élevée, un fluage thermique peut se produire au niveau de la base pendant le refroidissement.

Température extérieure

• Saisons : durant l'été chaud, même si le système de contrôle de la température interne de l'imprimante fonctionne correctement, la température extérieure élevée peut entraîner un ramollissement plus important des filaments dans la zone chauffée, déclenchant ainsi le fluage thermique. Cela rend les filaments plus mous et déformables, et ils ne s'écoulent pas bien à l'intérieur de l'extrudeur, ce qui augmente le risque d'obstruction de ce dernier. Parallèlement, des températures excessivement basses en hiver peuvent créer une grande différence entre la température de la chambre et l'environnement extérieur, influençant la vitesse de refroidissement des impressions. Les filaments peuvent refroidir trop rapidement pendant l'impression, ce qui peut entraîner un rétrécissement irrégulier des filaments, créant des concentrations de stress et augmentant le risque de fluage thermique.
• Contrôle de la température dans le processus de post-impression : le processus de post-impression (par exemple, traitement thermique et recuit) est généralement effectué dans des dispositifs chauffés extérieurement (par exemple, fours ou appareils de traitement thermique) et est conçu pour améliorer les performances des filaments. Pendant ce processus, l'impression est exposée à des températures relativement élevées. Par conséquent, l'absence d'une phase de refroidissement ou de stabilisation adéquate dans le processus de post-impression peut exacerber davantage le phénomène de fluage thermique dans les filaments.

Propriétés du filament

La température de ramollissement (ou température de distorsion thermique) est la température à laquelle un filament commence à ramollir et à perdre sa forme originale lorsqu'il est chauffé à une certaine température. Elle affecte directement le comportement de fluage des filaments dans un environnement à haute température.

• Les filaments ayant de faibles températures de ramollissement sont plus sensibles au fluage thermique. Comme ces filaments deviennent mous ou commencent à perdre leur forme originale à des températures relativement basses, ils sont plus susceptibles de se déformer plastiquement à haute température, ce qui augmente le risque de fluage thermique. Par exemple, les températures de ramollissement du PLA, du PVA et du TPU sont inférieures à 60 °C et ils peuvent se déformer ou se plier à haute température.
• À l'inverse, les filaments ayant des températures de ramollissement plus élevées sont moins sensibles au fluage thermique et conservent une bonne rigidité et une bonne stabilité de forme à haute température, ce qui entraîne un risque plus faible de fluage thermique à des températures relativement élevées. Par exemple, le PA et le PC, avec des températures de ramollissement supérieures à 150 °C, conservent une bonne rigidité et une bonne stabilité de forme à haute température et présentent un risque très faible de fluage thermique.

Problèmes courants

Obstruction de l'extrudeur et de la hotend

Le fluage thermique provoque le ramollissement et la fluidification des filaments à haute température, ce qui tend à s'accumuler ou à se déposer à l'intérieur de la buse et de la zone chauffée, entraînant un diamètre interne de buse plus étroit ou complètement obstrué. Parallèlement, les dépôts causés par le fluage thermique peuvent également provoquer le colmatage des canaux de la hotend. Ces accumulations et dépôts empêchent le flux normal des filaments, ce qui peut conduire à des problèmes d'obstruction de l'extrudeur et de la hotend.

Qualité d'impression réduite

À cause du fluage thermique, les filaments deviennent plus mous et plus fluides à haute température. Les filaments ramollis ne polymérisent pas efficacement pendant l'impression, ce qui entraîne un affaiblissement de l'adhérence entre les couches et la formation de vides ou de trous. Parallèlement, l'expansion et la déformation causées par le fluage thermique déterminent une structure interne irrégulière de la pièce imprimée, ce qui compromet son intégrité et sa résistance et réduit la qualité globale de l'impression.

Comment éviter le fluage thermique ?

Comment éviter l'obstruction de l'extrudeur/buse due au ramollissement des filaments causé par le fluage thermique ?

• Ouvrir la porte et retirer le couvercle : lors de l'impression de filaments ayant de faibles températures de ramollissement (tels que le PLA, le PVA et le TPU), ouvrez la porte avant ou retirez le couvercle supérieur pour aider à abaisser la température de la chambre et refroidir les filaments. En particulier, ouvrir temporairement la porte ou le couvercle peut être une solution à court terme lorsqu'un ramollissement excessif des filaments ou d'autres problèmes sont observés pendant l'impression.
• S'assurer que la température ambiante d'impression reste stable : des fluctuations drastiques de température peuvent entraîner un refroidissement non uniforme des impressions pendant l'impression, ce qui augmente le risque de fluage thermique. En général, la température ambiante d'impression devrait être maintenue entre 20 °C et 25 °C. À cet effet, vous pouvez utiliser des climatiseurs, des chauffages ou des capteurs de température ambiante pour surveiller et réguler la température interne et garantir qu'elle soit maintenue dans la plage appropriée.

Comment éviter le fluage thermique (par exemple, refroidissement trop rapide dû à de grandes différences de température ambiante, refroidissement non uniforme, etc.) entraînant la déformation du modèle ?

• Créer un environnement d'impression fermé : lors de l'impression de filaments ayant des températures de ramollissement élevées (par exemple, PA et PC), il est conseillé de maintenir un environnement fermé pour garder la température stable, évitant ainsi le fluage et les déformations dus à des températures non uniformes. Il est conseillé de toujours régler la température de la chambre au moins 10 °C en dessous des températures de ramollissement des filaments.
• Sélectionner la température du plateau chauffant appropriée : réglez la température en fonction de la plage de température du plateau chauffant recommandée pour les filaments utilisés. Régler la température correcte du plateau chauffant améliore l'adhérence entre les filaments et le plateau, et réduit la déformation et le rétrécissement causés par un refroidissement non uniforme pendant l'impression. En particulier lors de l'impression de filaments à basse température de ramollissement, des températures excessives du plateau chauffant peuvent provoquer un fluage thermique et doivent donc être maintenues dans la plage recommandée.
• Ralentir la vitesse de refroidissement : dans les équipements de traitement thermique (par exemple, fours ou appareils de traitement thermique), réduisez progressivement la température de chauffage (par exemple, de 5 °C par heure). Cette réduction progressive aide les filaments à s'adapter au changement de température et réduit le risque de fluage thermique. De plus, pour garantir un temps de refroidissement adéquat, évitez de retirer les impressions immédiatement après le traitement thermique afin que les filaments puissent se stabiliser à une température inférieure.
• Température de séchage appropriée : durant le processus de séchage, assurez-vous que la température est réglée dans la plage appropriée pour les filaments. Des températures excessives peuvent entraîner un ramollissement trop important des filaments, augmentant ainsi le risque de fluage thermique. Respectez les températures de séchage recommandées pour chaque type de filament.

Autres considérations

• Pour vous aider davantage dans le choix des filaments les plus adaptés et dans l'optimisation de l'environnement d'impression, consultez le guide des filaments sur notre blog pour plus d'informations sur les filaments, ce qui vous aidera à éviter plus efficacement le fluage thermique.
• Lors de l'impression de filaments ayant de faibles températures de ramollissement, si la température ambiante est extrêmement basse (par exemple, 5 °C à 10 °C), vous pouvez fermer la porte avant et installer le couvercle supérieur pour augmenter la température de la chambre, ce qui peut également empêcher la déformation. Si l'extrudeur ou la hotend s'obstrue toujours après avoir suivi cette procédure, ouvrir légèrement la porte avant permet à l'air chaud interne de circuler avec l'air extérieur plus froid, ce qui aide à abaisser la température de la chambre et à stabiliser la répartition thermique, réduisant ainsi l'obstruction causée par la surchauffe ou par une chaleur non uniforme.
• Il est conseillé de vérifier régulièrement les éléments chauffants et le système de refroidissement de l'imprimante pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement. Cela aide à prévenir le fluage thermique causé par des défaillances de l'équipement et garantit la qualité et la cohérence des impressions.

Source : Bambu Lab Wiki