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Quel modèle de RepRap choisir ?

De par la nature ouverte du projet RepRap, les utilisateurs sont encouragés à dériver les modèles existants et à créer leur propre modèle. Certains éléments (buse*, lit chauffant*, électronique) peuvent être utilisés dans de nombreux modèles différents, simplifiant et accélérant la création d'une nouvelle machine. Cela a engendré l’apparition de très nombreuses typologies et familles de machines. Cette diversité est une force pour le projet, mais peut également rendre le choix difficile pour le néophyte : quel modèle choisir, en fonction de vos besoins, et de votre niveau technique ? Ce chapitre propose différents éléments pour vous aider à sélectionner la RepRap adaptée à vos besoins.

Pour les débutants

Un problème que rencontrent souvent les nouveaux venus est de choisir un modèle ; soit parce qu'ils ont un besoin très précis, soit parce que ce modèle est nouveau et comporte des innovations techniques, ou tout simplement parce que c'est le premier dont ils ont entendu parler.

Apprendre à assembler et à utiliser une imprimante 3D n'est pas trivial. Cumuler la difficulté de cet apprentissage avec la difficulté d'assembler et d'utiliser un modèle peu testé ou peu documenté, ou celle d'un cahier des charges très particulier (typiquement une demande réunissant l'utilisation de matériaux d'impression nouveaux, corrélée à une haute précision de l'imprimante) peut finir par rendre la tâche insurmontable.

Il arrive fréquemment que des néophytes n'arrivent pas à obtenir des résultats même basiques (comme une impression propre) parce que leur machine comprend trop d'éléments qu'ils ne maîtrisent pas ou qui ne sont pas suffisamment documentés. L'accumulation de ces inconnues rend difficile le diagnostic des problèmes rencontrés.

Il est fortement recommandé de commencer son aventure dans l'univers RepRap par un modèle courant. La beauté du projet RepRap est que, une fois cette machine maîtrisée, elle peut encore être modifiée pour correspondre aux mieux à vos besoins. Sans oublier qu'une fois entièrement démontés, les composants peuvent être réutilisés dans un autre modèle plus exotique, et plus facile à prendre en main grâce à votre expérience.

En ce début 2014, le modèle le plus courant, le mieux documenté, testé et supporté par la communauté est la Prusa I3 : reprap.org/wiki/Prusa_i3/fr.

Source de l'image sur le site : reprap.org/wiki/File:Prusai3-metalframe.jpg par Bitflusher (sous license GNU Free Documentation License 1.2).

Issu de la Prusa I2 (le modèle le plus reproduit du projet) créée par Josef Prusa, cette imprimante est dérivée de la RepRap Mendel et elle est généralement considérée comme simple à assembler, facile à ajuster. De plus, il vous sera plus facile d'obtenir de l'aide sur ce modèle plutôt qu'un autre. Il existe d'autres modèles assez populaires, comme la Mendelmax (elle a une structure en profilés d'aluminium, mais son assemblage est plus complexe) ou la Rostock (son architecture est en delta, poursuivre la lecture pour en savoir plus). L'intérêt de maîtriser une machine "simple" est d'accéder ensuite avec plus de facilité aux autres modèles et d'explorer de nouvelles possibilités.

Pour la qualité d'impression

De nombreux paramètres définissent la qualité d'impression d'une machine donnée. Bien ajuster l'alignement des éléments structurels et le serrage des courroies peuvent changer le résultat du tout au tout sur votre machine.

La vitesse d'impression est également très importante, la réussite esthétique est en général directement proportionnelle à la vitesse à laquelle la pièce a été imprimée. Plus l'impression est lente, plus le positionnement sera précis et meilleur sera le résultat. Utiliser une machine fondée sur une structure en profilés d'aluminium (plus rigide) permettra en général d'augmenter la vitesse en gardant une finition équivalente.

Hors des considérations de rigidité, d'alignement et de serrage, une autre limite va être le diamètre de la buse. La sortie de la buse est le point duquel le plastique fondu sort pour être déposé sur la pièce. Plus la sortie de la buse sera étroite, plus le "chemin" de plastique extrudé sera fin, et plus il sera possible d'imprimer des détails de petite taille. Ce n'est pas toujours important pour des pièces techniques ou mécaniques, mais il peut l'être énormément pour des pièces artistiques (comme les figurines). Le diamètre le plus courant d'une buse est de 0.5mm.

Il est fortement conseillé de commencer par apprendre avec une buse de cette dimension. En effet plus le diamètre est faible, plus il va être difficile de trouver les bons paramètres d'impression. Utiliser une buse fine sur une première machine est bien souvent la cause de nombreux casse-têtes pour les nouveaux utilisateurs.

Les buses de 0.4mm sont généralement considérées raisonnablement abordables avec un peu d’expérience et les buses plus petites (0.25mm) devraient être réservées aux utilisateurs experts.

 J-Head MKV-B par Reifsnyderb, le modèle le plus utilisé.

Vitesse d'impression

Comme mentionnée ci-dessus, plus une machine va vite, moins elle sera capable de maintenir une bonne qualité d'impression. Dans les RepRaps actuelles, atteindre une haute vitesse de déplacement est facile. Ce qui est difficile c'est de maintenir la qualité lorsque cette vitesse augmente.

Il y a deux façons d'augmenter la vitesse sans perdre la qualité.

Augmenter la rigidité

En choisissant une machine plus rigide, typiquement avec une structure en métal épais (plaques d'aluminium, profilés d'aluminium), on peut atteindre de bons résultats à des vitesses plus élevées que la normale. Les problèmes principaux sont que ces machines sont plus lourdes et plus chères.

La figure de proue de cette famille de machines est la Mendelmax.

Source de la photo sur le site Flickr : http://www.flickr.com/photos/greyleaves/9353741943/sizes/o/in/photostream/

Réduire l'inertie

Pour remplir sa tâche, l'imprimante 3D déplace des éléments les uns par rapport aux autres (la buse se déplace par rapport au lit). Plus ces éléments sont lourds et plus ils vont vite, plus leur inertie sera transférée dans la structure de la machine lorsque leur direction s'inverse. C'est ce qui cause une réduction de qualité lorsque la vitesse augmente (la machine est "secouée"). Hormis la solution d'augmenter la rigidité de la machine, une autre est de réduire le poids des éléments en mouvement.

Ne pas déplacer le lit

Dans de nombreux modèles, le lit se déplace sur l'axe Y. Composé typiquement de pièces imprimées, d'un plateau, d'un élément chauffant et d'une plaque de verre, c'est un élément très lourd à déplacer, "secouant" beaucoup l'imprimante lorsqu'il change sa direction. Certains designs prennent la décision de ne pas déplacer le lit. Celui-ci est alors statique.

Il y a un prix toutefois, le mouvement en Y devant alors est effectué par l'extrudeur, ce qui augmente le poids de cette partie (souvent d'un poids moindre que celui du lit, d’où l'avantage). Cela peut également rendre l'ensemble X/Y plus complexe, c'est le cas par exemple des systèmes dits H-Bot ou CoreXY.

Un extrudeur plus léger

Une autre option pour limiter la masse déplacée est de limiter le poids de l’ensemble extrudeur (moteur de l'extrudeur, réduction de ratio, buse).

L'utilisation des moteurs de plus petite taille est possible mais ils seront capables de pousser uniquement un filament de 1.75mm (et non de 3mm) a une vitesse plus élevée. Une autre solution existe : celle d'utiliser des moteurs à moto-réducteurs intégrés. Ceux-ci sont plus compacts et légers qu'un réducteur imprimé.

A l’extrême, il existe la possibilité de ne pas déplacer le moteur de l’extrudeur. Comme le système Bowden où le moteur reste fixe, et pousse le filament dans un tube de PTFE*, jusqu’à l'extrudeur lui-même.

Ce système réduit énormément la masse déplacée. Il introduit toutefois un nouveau problème, l’hystérésis*.

Lorsqu'il est poussé au moteur, le filament n'est pas poussé immédiatement à la buse, ce délai est causé par la longueur et la plasticité du tube. Cela cause des problèmes d'impression : bulles, artefacts, morceaux manquants, rétractation du filament non fonctionnel causant des filins entre les pièces.

Toutefois, lorsque l'épaisseur des couches est réduite (0.1mm et alentours), ces problèmes sont moins notables. Le Bowden peut donc être une bonne solution lorsque l'on cherche à imprimer des pièces avec des couches très fines, à des vitesses hautes.

Le type de machine sur lequel le Bowden est le plus utilisé est appelé Delta ou Rostock. Ces machines à trois bras, non-cartésiennes, demandent plus de puissance de calcul, et ont en général moins de rigidité, mais jointe à un système Bowden, ont une masse en déplacement extrêmement faible qui rend le manque de rigidité acceptable et permet des vitesses très élevées. Ce type de machine fonctionne de façon optimale que pour des épaisseurs de couches fines.

Un mot sur l’accélération

De nombreux vendeurs d'imprimantes 3D vantent des vitesses très élevées pour leur modèle d'imprimante 3D, il n'est pas rare d'entendre que tel ou tel modèle peut imprimer à 250mm/s.

Cette valeur prise seule ne veut toutefois pas dire grand-chose, il s'agit d'une vitesse maximale que la plupart des imprimantes sont capables d'atteindre. La valeur plus importante est l’accélération que l'imprimante utilise pour atteindre cette vitesse, en réduisant l'accélération, la machine n'atteindra cette vitesse que très rarement, imprimant très lentement malgré une bonne vitesse maximale.

À l'heure actuelle, il n'y a donc pas de bonne méthode pour estimer la vitesse d'impression d'une machine, celle-ci dépend de trop de paramètres et ignorera, de toute façon, la qualité d'impression obtenue.

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