IMPRESSION FDM : QUE SIGNIFIE FDM ?

La technologie FDM est très utilisée dans différents secteurs. Dans cet article sur l’impression FDM : Qu’est-ce que le FDM, nous vous expliquerons ce qu’est le FDM, comment il fonctionne, quels sont ses composants et les filaments compatibles. Nous aborderons également le processus étape par étape, ses avantages et inconvénients, les problèmes les plus courants et comment les résoudre. Lisez donc attentivement l’article pour découvrir comment améliorer vos impressions.

Introduction à l’impression FDM

Le FDM est la technologie la plus utilisée dans la plupart des secteurs et compte le plus grand nombre d’imprimantes 3D dans le monde. C’est probablement le premier procédé auquel on pense lorsque l’on entend le terme « impression 3D ».

Qu’est-ce que l’impression FDM ?

Le Fused Deposition Modeling (dépôt de fil fondu) est un processus par lequel les objets sont réalisés en superposant des couches de matériau. Dans ce processus, des filaments thermoplastiques sont utilisés. Le filament est inséré dans l’extrudeur qui, à son tour, le place là où il doit aller pour chaque couche afin d’obtenir le modèle ou l’impression.

L’impression FDM utilise une méthode fondamentale appelée fabrication additive (AM). Cette méthode est l’opposé exact de la fabrication traditionnelle, qui est soustractive et prévoit le retrait de morceaux d’un bloc de matériau pour obtenir l’impression.

Comprendre le processus FDM

Le mécanisme de fonctionnement de l’impression FDM est simple. Il consiste à stratifier progressivement le filament fondu qui passe à travers l’extrudeur sur la plateforme de construction, jusqu’à former une pièce imprimée. Toutefois, il est d’abord nécessaire d’insérer le fichier du projet d’impression afin que la machine FDM puisse le convertir en dimensions physiques.

Une fois le projet prêt, l’étape suivante consiste à insérer une bobine de filament dans l’imprimante. Lorsque la buse a atteint la température appropriée, l’imprimante alimente le filament à travers une tête d’extrusion et une buse.

La tête de l’extrudeur est reliée à un dispositif à trois axes. Elle se déplace ainsi le long des axes X, Y et Z. L’imprimante expulse de petits fils de filament fondu et les dépose couche après couche le long d’un chemin établi par le projet.

Avantages de l’impression FDM

• Il est possible d’utiliser des formes et des cavités complexes.
• C’est assez propre, facile et adapté à une utilisation au bureau.
• C’est économique et cela aide à contenir les coûts de production.
• Cela réduit les temps de production et permet aux produits d’arriver sur le marché plus rapidement.
• Les matériaux thermoplastiques utilisés dans le FDM sont stables, tant mécaniquement que d’un point de vue environnemental.

La technologie FDM expliquée

Vous connaissez désormais le mécanisme d’impression FDM, comme nous vous l’avons expliqué précédemment. Pour comprendre pleinement le processus, vous devez vous familiariser avec ses composants.

Composants de l’imprimante FDM

Les imprimantes FDM sont constituées de quelques parties fondamentales qui travaillent ensemble pour mener à bien le processus d’impression. Voyons quels sont les composants d’une imprimante FDM :

Extrudeur

L’extrudeur est l’endroit où le filament doit être inséré. Il est doté d’une extrémité froide pour introduire les filaments et d’une extrémité chaude pour les fondre. Le filament fondu est ensuite poussé par un moteur vers une petite buse qui l’expulse sur le plateau d’impression, couche par couche, pour réaliser des modèles 3D.

Plateau de construction

Le plateau de construction est une surface plane où la buse dépose le filament pour obtenir l’impression 3D. Habituellement, la plaque est un support chauffant qui maintient une certaine température entre les couches tout au long de la durée du processus d’impression pour une meilleure adhérence entre les couches et la plaque. Ces plateaux chauffants réduisent également le risque de déformations et peuvent se déplacer de l’axe X à l’axe Y pour répondre aux dimensions de l’objet. Par conséquent, achetez le meilleur plateau d’impression pour obtenir des impressions 3D de qualité.

Filament

L’impression FDM utilise des matériaux thermoplastiques de qualité industrielle, comme l’ABS et le PETG, transformés en un fil long et fin enroulé sur une bobine. Selon votre imprimante FDM, le diamètre du filament peut être compris entre 1,75 mm et 3 mm. Profitez des différentes variantes de filaments et personnalisez-les pour laisser libre cours à votre créativité.

Système de contrôle

Le système de contrôle de l’imprimante FDM pilote la procédure d’impression. Il est équipé d’un microcontrôleur qui interprète les commandes du modèle, contrôle la température du plateau d’impression et de l’extrudeur, régule le mouvement des moteurs et surveille d’autres paramètres établis.

Matériaux utilisés dans l’impression FDM

Tous les types de filaments ne sont pas compatibles avec les imprimantes FDM. Voici une liste des filaments de qualité industrielle les plus compatibles avec les imprimantes FDM.

Types de filaments courants

PLA

L’acide polylactique, également appelé PLA, est l’un des filaments FDM les plus utilisés grâce à son faible taux de déformation, sa simplicité d’impression, sa finition brillante et l’émission minimale d’odeurs pendant le processus d’impression. Les fabricants utilisent la canne à sucre et l’amidon de maïs comme matières premières pour la production du PLA. Ce filament est disponible dans de nombreuses couleurs vives pour imprimer des modèles et des prototypes.

ABS

L’acrylonitrile butadiène styrène est un matériau thermoplastique de qualité industrielle réputé pour sa durabilité, sa haute résistance à la chaleur et aux chocs. Pour l’ABS il est nécessaire d’utiliser un plateau chauffant pour réduire les déformations et des techniques de post-traitement pour obtenir des impressions brillantes. Ce filament est particulièrement apprécié pour imprimer des composants fonctionnels, des tableaux électriques et des pièces automobiles.

PETG

Un autre filament compatible pour l’impression FDM est le PETG, qui combine les avantages du PLA et de l’ABS, le rendant résistant, durable et transparent. Le PETG bénéficie d’une haute résistance aux agents chimiques et aux chocs, raison pour laquelle il est le choix idéal pour réaliser des équipements médicaux, des modèles d’exposition, des contenants alimentaires, des bouteilles et bien plus encore.

TPU

Le TPU est principalement utilisé pour réaliser des charnières, des étuis de téléphone et des chaussures grâce à ses propriétés de flexibilité et d’absorption des chocs. Il présente les mêmes propriétés que le caoutchouc, mais son niveau de dureté varie de dur/rigide à élastique/souple.

ASA

L’ASA est une forme modifiée de l’ABS qui présente de nombreuses propriétés similaires, mais offre une meilleure résistance aux UV, aux chocs et aux agents atmosphériques. Il bénéficie d’une meilleure résistance chimique et à la chaleur, ainsi que d’une excellente résistance mécanique ; il est donc idéal pour imprimer des pièces fonctionnelles, des composants pour l’automobile, des applications extérieures, de la signalétique, etc.

Processus d’impression FDM étape par étape

Dans cette section, nous illustrerons étape par étape le processus d’impression FDM pour réaliser des impressions 3D de haute qualité.

Préparer le modèle 3D

Tout d’abord, vous avez besoin d’un modèle 3D et c’est là que la plupart des gens commettent des erreurs qui se traduisent par des impressions 3D de mauvaise qualité. Gardez à l’esprit les deux éléments ci-dessous pour préserver votre impression.

Considérations sur le projet

En ce qui concerne la conception des modèles, on commet souvent des erreurs assez courantes, comme l’utilisation de structures de support inutiles et non orientées, ce qui entraîne un gaspillage de temps et de filament. Si l’épaisseur des parois n’est pas précise, l’impression devient fragile. Donc, avant d’imprimer, il est bon de garder à l’esprit les considérations de conception suivantes.

• Réduisez les porte-à-faux avec des angles progressifs
• Laissez aux pièces en mouvement les distances et tolérances adéquates.
• Prévoyez des chanfreins et des congés
• Contrôlez la dissipation thermique
• Améliorez l’adhérence des couches
• Utilisez des techniques de post-traitement
• Ne concevez rien qui dépasse les capacités de l’imprimante.

Utiliser un logiciel CAO pour créer les modèles

Pour créer et modifier vos projets, utilisez un logiciel CAO. Pour cela, familiarisez-vous avec les outils et l’interface du logiciel. Mettez le modèle à l’échelle correctement pour garantir les dimensions d’impression adéquates et éviter les déformations. Essayez les outils de dessin 2D pour réaliser la forme de base de l’impression, puis transformez-la en modèle 3D. Utilisez le logiciel pour réaliser les détails. Ajoutez des caractéristiques au projet et modifiez-en les dimensions. Allez dans l’outil d’analyse pour vérifier la présence d’erreurs et apporter des modifications. Choisissez le bon format de fichier pour enregistrer le modèle et le transférer vers le trancheur (slicer). Établissez les paramètres d’impression pour obtenir les codes G et chargez-les dans l’imprimante pour commencer l’impression.

À ce stade, vous devez vérifier fréquemment l’impression et résoudre les problèmes si nécessaire.

Trancher le modèle

Maintenant que vous avez un modèle, il est temps de passer au tranchage avec un logiciel de découpe (Slicer). Ce logiciel estime la quantité de filament nécessaire et calcule le chemin pour produire l’impression.

Aperçu du logiciel de découpe (Slicer)

Un trancheur, comme son nom l’indique, coupe le modèle 3D en fines couches (0,1-0,3 millimètre). Le logiciel génère des codes G ou une longue liste d’instructions qui déterminent le chemin de l’extrudeur. Selon ces instructions, l’extrudeur expulse le filament couche par couche pour créer l’impression. Le trancheur estime également la densité de remplissage, la température et la vitesse d’impression nécessaires.

Régler les paramètres du logiciel de découpe

Pour apporter des modifications, il suffit d’ouvrir le logiciel et de modifier les paramètres définis. Entre-temps, pensez à la qualité d’impression souhaitée, aux particularités du modèle et aux propriétés du filament. Faites quelques essais jusqu’à trouver les bons réglages.

Charger le filament et calibrer l’imprimante

Procédures de chargement du filament

Lisez le manuel de l’imprimante. Préchauffez l’imprimante et coupez les extrémités du filament avant de l’insérer dans l’extrémité froide. Ici, le filament fond et coule vers la buse après avoir atteint l’extrudeur.

Nivellement du plateau et calibration de la buse

Utilisez un outil de nivellement ou une feuille de papier pour régler les molettes du plateau de construction et le rapprocher ou l’éloigner de la buse. Il est nécessaire de répéter ce processus pour tous les points de la plaque afin de s’assurer que la buse est correctement nivelée. Pour calibrer la buse, vérifiez la distance entre la buse et les différents côtés de la plaque de construction.

Lancer l’impression

Si toutes les instructions sont correctes, vous pouvez commencer l’impression.

Envoyer le projet à l’imprimante

Transférez les codes G à l’imprimante via la connexion réseau ou une carte SD et choisissez le fichier du modèle à imprimer.

Surveiller l’avancement de l’impression

Il est nécessaire de surveiller activement tout le processus d’impression, car des problèmes tels que des déformations, une mauvaise adhérence des couches ou des bourrages de filament sont fréquents à cette étape. Si cela devait arriver, apportez les modifications nécessaires pour obtenir des impressions de qualité.

Avantages de l’impression FDM

L’impression FDM offre divers avantages dans différents domaines. Dans cette section, nous discuterons des bénéfices offerts par cette technologie.

Polyvalence et grande variété d’applications

Le FDM trouve des applications dans divers domaines, du prototypage à la recherche. Ci-dessous, nous analyserons certaines de ces applications.

Prototypage

Le FDM offre des temps rapides, permettant une itération rapide et un prototypage rapide des projets. Cela accélère le cycle de développement du produit et réduit les délais de mise sur le marché.

Fabrication et production

La technologie FDM évite les problématiques de production traditionnelle et favorise un prototypage plus rapide ainsi que l’utilisation de géométries complexes dans la conception des modèles.

Éducation et recherche

Les chercheurs et les étudiants peuvent concevoir et créer des modèles physiques, évaluer les concepts de design et apporter les modifications appropriées grâce à cette technologie. C’est une excellente méthode d’apprentissage, car les étudiants peuvent laisser libre cours à leur créativité avec leurs projets.

Commodité et accessibilité

Accessibilité des imprimantes FDM

Ces imprimantes sont disponibles dans différentes catégories. Il est possible d’acheter une imprimante d’entrée de gamme pour quelques centaines d’euros, ou, si vous souhaitez des modèles avancés avec les meilleures caractéristiques, le coût peut atteindre 10 000 euros ou plus.

Disponibilité des filaments

L’ASA, le TPU, le PLA et le PETG sont parmi les meilleures alternatives de filaments pour les imprimantes FDM, et le meilleur aspect est qu’ils sont facilement disponibles. Il suffit d’utiliser un filament de qualité adapté à votre modèle pour obtenir des impressions de très haut niveau.

Limites et défis

Bien que la technologie d’impression offre de nombreux avantages, nous ne pouvons ignorer certaines de ses limites. Grâce à quelques astuces et conseils, il est possible de surmonter ces contraintes. Voici ci-dessous les défis les plus courants rencontrés lors de l’impression.

Lignes de couches et finition de surface

La surface rugueuse et les lignes visibles des couches sont les premiers problèmes de ce type d’impression. L’esthétique de l’impression en pâtit.

Minimiser les lignes de couches

Pour éliminer ce problème, utilisez une buse plus petite, ajustez la vitesse d’impression et la température, et réduisez la hauteur de couche. Améliorez le système de refroidissement pour réduire la chaleur et améliorer l’adhérence des couches.

Techniques de post-traitement

Pour une meilleure finition de surface, appliquez des techniques de post-traitement telles que le ponçage pour uniformiser le grain. Pour obtenir une impression lisse, polissez avec du papier de verre. Les vapeurs d’acétone ou des produits similaires sont parfaits pour obtenir une finition lisse.

Précision dimensionnelle et tolérance

Il est important d’assurer la précision dimensionnelle et la tolérance pour obtenir des prototypes fonctionnels répondant à vos critères. Il existe toutefois certains facteurs pouvant créer des problèmes et ruiner l’impression :

Facteurs influençant la précision dimensionnelle

Un diamètre de filament inadapté, un mauvais système de refroidissement, une déformation, une mauvaise température de l’extrudeur et le retrait peuvent compromettre la précision dimensionnelle de l’impression. La hauteur de couche, la vitesse d’impression et une mauvaise adhérence peuvent également provoquer ce problème.

Calibrage et finition

Le calibrage et le réglage de l’imprimante peuvent aider à résoudre ce problème. Nivelez le plateau d’impression pour améliorer l’adhérence de la couche et réglez la hauteur de couche. Corrigez les paramètres de l’extrudeur pour éviter toute erreur dimensionnelle. Vérifiez que le flux est précis et calibrez la vitesse ainsi que la température d’impression.

Surplombs et structures de support

Les surplombs sans support peuvent entraîner la rupture de l’impression. Des structures de support excessives lors de la réalisation d’une impression complexe peuvent allonger les temps d’impression. De plus, elles peuvent laisser des marques et rendre la surface rugueuse.

Que faire des surplombs

L’utilisation de structures de support temporaires permet de limiter ce problème. Le slicer peut créer ces supports, ou vous pouvez les ajouter vous-même pour réduire la distorsion de l’impression. Une fois l’impression terminée, vous pouvez les retirer.

Types de structures de support

Les structures de support existent sous différentes formes, comme le support arborescent, pour limiter le gaspillage de filament. Cette structure est également facile à retirer. Si l’impression nécessite un support robuste, optez pour un support dense, bien que son retrait puisse être un peu plus difficile. Un autre type de structure est appelé support personnalisé, qui vous permet de placer des supports là où cela est nécessaire.

Résolution des problèmes et conseils pour des impressions FDM optimales

Problèmes courants et solutions

L’impression avec la technologie FDM comporte certains problèmes qui ne sont pas très différents de ceux de l’impression traditionnelle. Parmi ceux-ci, les problèmes les plus courants sont :

Problèmes de déformation et mauvaise adhérence au plateau

Ces deux problèmes surviennent surtout lorsque le filament n’adhère pas si le plateau n’est pas chauffé de manière adéquate ou si l’adhérence de la couche est médiocre. La solution consiste à utiliser un plateau chauffant. Les capots, les supports et les produits adhésifs aident également à résoudre ce problème. Vérifiez la température et la vitesse d’impression et nettoyez toujours le plateau avant d’imprimer.

Formation de fils et suintement

Le filament résiduel peut continuer à couler même lors des mouvements où l’impression n’est pas prévue, provoquant la formation de fils (stringing) et de gouttes. Les causes peuvent être un plateau mal nivelé, une vitesse d’impression élevée ou une température d’extrusion trop haute.
Par conséquent, calibrez les paramètres de rétraction et réglez la vitesse et la température d’impression pour réduire le problème.

Bouchages du filament et problèmes d’extrusion

Si la température de l’extrudeur est incorrecte ou si le filament obstrue la buse, ce problème survient. Une insertion incorrecte du filament peut également causer des bouchages. Pour éviter cela, nettoyez toujours la buse ou remplacez-la si nécessaire, utilisez un filament de haute qualité et insérez-le correctement. Calibrez la vitesse d’impression et trouvez la température d’impression adaptée.

Meilleurs conseils d’optimisation

Considérations sur la vitesse d’impression et la hauteur de couche

Des problèmes tels que la déformation et la formation de fils surviennent parce que la hauteur de couche n’est pas correcte ou parce que la vitesse d’impression nécessite un réglage. Imprimer trop vite dans le cas de modèles complexes signifie faire des compromis sur les détails du design ; il vaut donc mieux ralentir la vitesse pour améliorer les détails. Faites quelques essais pour trouver la bonne vitesse.
Les couches épaisses peuvent être imprimées plus rapidement, mais au prix d’une perte de détails fins. À l’inverse, les couches plus fines sont excellentes pour les petits détails, mais demandent beaucoup de temps. Trouvez la hauteur de couche la plus adaptée à vos besoins d’impression.

Paramètres de température et refroidissement

Les filaments présentent des points de fusion différents. Par conséquent, certains impriment mieux à haute vitesse et vice versa. Lisez le manuel du filament pour trouver la température adaptée. Le plateau de travail chauffant favorise une meilleure adhérence des couches. Préchauffez donc le plateau à la température appropriée pour votre filament.
Le refroidissement correct des couches est fondamental pour éviter la formation de fils et de bavures. Utilisez les ventilateurs de refroidissement pour éviter les surchauffes, afin que les filaments durcissent plus rapidement.

Considérations sur la conception

Apprenez à choisir le filament le plus adapté selon le projet et la complexité de l’impression. L’épaisseur des parois doit également être adaptée au projet. Si nécessaire, utilisez des structures de support et, pour obtenir une surface plus lisse, réfléchissez à l’orientation de l’impression.

Questions Fréquentes

Qu’est-ce qu’une imprimante FDM ?

La Fused Deposition Modeling (dépôt de fil fondu) est une technique d’impression 3D moderne inventée en 1989.

Quelle est la différence entre le FDM et le PLA ?

Le FDM est une technologie d’impression, tandis que le PLA est un filament utilisé pour créer des impressions 3D.

Pourquoi le FDM est-il meilleur ?

Le FDM est un processus d’impression 3D avancé, rapide, économique, qui permet d’obtenir des impressions de qualité et qui est compatible avec de nombreux filaments.

Qu’est-ce qu’une imprimante FDM ou SLS ?

FDM signifie Fused Deposition Modeling (modélisation par dépôt de fil fondu) et SLS signifie Selective Laser Sintering (frittage sélectif par laser). Toutes deux utilisent la même technologie de fabrication additive, mais contrairement aux imprimantes FDM, les imprimantes SLS utilisent un laser pour fritter sélectivement des matériaux en poudre au lieu de filaments thermoplastiques fondus.

Quels sont les points faibles de l’impression FDM ?

Finition de surface rugueuse, formation de fils et suintement, déformation et rétrécissement sont quelques-uns des inconvénients les plus courants de l’impression FDM.

Pour quoi l’impression FDM est-elle adaptée ?

Cette technologie offre diverses applications telles que les masques et outillages, les prototypes, les modèles architecturaux, et plus encore.

L’impression FDM offre de nombreux avantages et il est difficile de tous les énumérer dans cet article. Grâce à cette technologie, le processus d’impression est devenu beaucoup plus rapide, facile et efficace en termes de coûts. Elle a révolutionné le secteur du prototypage et de la production.