Premiers retours sur l’impression 3D
Publié le 4 décembre 2015

Il y a de cela quelque temps, je m’étais lancé dans la réalisation d’une imprimante 3D Prusa i3 Rework, sans réaliser ce que ça allait avoir comme conséquences et sans garantie de réussite. Afin de mettre toutes les chances de mon côté, j’ai pris mon temps et ai tenté de me documenter un maximum. La réalisation de l’imprimante a pris environ 1 an, en avançant doucement et à cause de quelques péripéties familiales (déménagement, etc ...). L’heure est aux premiers constats sur l’impression 3D et les imprimantes auto-répliquantes en particulier.

Choix de l’imprimante

Côté imprimante 3D RepRap à faire soi-même, ce n’est pas le nombre de modèles qui manque : chacun y va de sa version modifiée, tantôt complètement en profilé aluminium tantôt en bois, avec différentes pièces pas forcément compatibles. Bienvenue dans le Capharnaüm des imprimantes 3D. Après pas mal de recherche sur les Internets, un modèle semblait faire l’unanimité tant par sa conception que par son rapport qualité/prix : la Prusa i3.

Le hic ? L’imprimante Prusa i3 (comprendre "itération 3") a tout de même des défauts que l’auteur n’a pas corrigé :

Bref, quelques défauts qu’une version améliorée par une société Toulousaine (eMotion Tech) et elle-même opensource corrige en partie : la Prusa i3 Rework m’a donc emballé et j’ai opté pour ce modèle.

Réalisation

Dans la plus pure philosophie RepRap, j’ai commandé un kit de pièces imprimées pour le modèle choisi, et j’ai commandé le reste du matériel sur eBay pour la grande majorité, sauf pour les éléments cruciaux : moteurs pas à pas et extrudeur commandés chez eMotion-Tech (en France donc), et le cadre aluminium de 6mm accompagné de son support de plateau chauffant au Royaume-Uni.

Puis j’ai réalisé le montage de l’imprimante au fur et à mesure, avec bien sûr quelques erreurs mais au final pas tellement d’écart par rapport au guide de montage officiel.

Cependant, j’ai pu trouver quelques astuces qu’il me semble intéressant de partager ici , astuces que j’ai trouvé par hasard, ou grâce au concours de collègues et amis.

Réglage du plateau en Z

Normalement, le guide de montage indique de régler la position du contacteur de fin de course à chaque manipulation de la tête d’impression (extrudeur compris). Mais il n’y a rien de pire à faire : le support du contacteur de l’axe Z est juste infernal sur la Prusa i3 Rework. Pourquoi ? Simplement parce qu’il a été très mal pensé : les vise de fixation (ou les écrous, au choix) sont placés entre le support et le cadre aluminium, sans aucune place pour des outils. Bon courage pour serrer les vis. On n’a donc pas envie d’y toucher toutes les cinq minutes, vu la galère que c’est. A côté de ça, le plateau est censé être monté sur une rangée de 3 rondelles aux quatre coins. Tout irait bien si le plateau était résolument horizontal, ce qui a peu de chances d’être le cas sur une imprimante faite maison.

C’est pourquoi j’ai décidé de monter le plateau sur des ressorts (l’idée n’est pas neuve, notez bien), mais cela implique de trouver les bons ressorts. Et ça, c’est une tâche qui s’est avérée très difficile. J’avais bien pensé à des ressorts de stylos, ou similaire, mais ceux-ci n’avaient que très peu de résistance et le plateau chauffant aurait été mobile. C’est à ce moment que Romain, un collègue, a eu une idée de génie : réutiliser les ressorts des supports de pile de vieux appareils. Ces ressorts sont très résistants, et en plus de taille idéale si on désosse le bon appareil.

Une fois le plateau réglable en hauteur grâce aux ressorts, il est judicieux d’imprimer des molettes de réglages permettant d’insérer un écrou M3 en leur centre, ce qui facilite grandement le réglage de la hauteur du plateau, ainsi que le montage/démontage (cela s’est avéré très utile par la suite).

Imprimer des pièces de rechange

Je n’y avais pas forcément pensé au départ, mais j’ai vite compris que si je voulais assurer une longue vie à mon imprimante (et surtout pas me retrouver avec une imprimante en carafe à cause d’une pièce cassée), je devais avoir des pièces de rechange. Une mauvaise manipulation, un bug de logiciel, ou un réglage trop serré amène rapidement certaines pièces à casser à cause de contraintes trop fortes ou de mauvais réglages.

Le côté positif qu’il y a à avoir opté pour une imprimante auto-répliquante, c’est qu’elle est en mesure d’imprimer ses propres pièces. J’ai donc imprimé plusieurs pièces critiques une fois les réglages de l’imprimante à peu près fonctionnels. Pas besoin d’avoir des pièces parfaites, du moment que la taille et la géométrie sont bonnes. Et ça m’a déjà sauvé la mise plusieurs fois depuis que je m’en sers !

A gauche la pièce d’origine (cassée), à droite celle de remplacement fraîchement sortie de mon imprimante

C’est à mon sens un conseil à suivre absolument lorsque l’on se lance dans la réalisation d’une telle imprimante : rien de pire que d’avoir à commander une pièce sur Internet ou attendre 2 semaines de pouvoir en imprimer une pour pouvoir continuer à l’utiliser.

Le réglage impossible : l’extrudeur

Ca y est, vous avez votre imprimante montée, toute cablée et parée à servir, c’est super ! Mais sans phase de réglages, vous allez imprimer des pièces moisies.

La phase de réglage (calibration) de l’imprimante est longue et douloureuse. Cela fait presque deux mois que mon imprimante est terminée, et j’arrive encore à améliorer certains paramètres pour avoir de meilleures impressions. Ceci dit, il y a des points essentiels à ne pas négliger, et surtout des erreurs que l’on peut facilement commettre et qui peuvent vous pourrir la vie pendant des semaines.

Ma première erreur a concerné mon extrudeur. Et c’était une des plus grosses. Durant la phase de calibration, j’avais des résultats plutôt probant en ce qui concernait l’extrudeur et son moteur pas à pas. Je n’ai par contre pas fait attention au réglage des ressorts du galet de l’extrudeur Wade que j’utilise. Et je ne m’en suis rendu compte que bien plus tard.

La pression qu’exerce le galet (un roulement en réalité) de l’extrudeur Wade est primordiale pour une bonne impression, mais aussi pour un bon réglage de la hauteur des couches d’impression et la précision en général. Si celle-ci est trop faible, la vis d’entraînement du filament n’accroche pas suffisamment, et l’alimentation en filament est quelque peu aléatoire. Résultat : l’impression est sale par endroit, mais dans l’ensemble ça peut aller. De même, les phases de remplissage de zones avec du filament peuvent varier du tout au tout, selon l’allure du filament au moment de l’entraînement.

Il ne faut pas hésiter à rajouter des rondelles M3 en plus des ressorts : plus ça accroche mieux c’est. Ca signifie aussi en commander beaucoup plus que prévu !

De l’importance de ventiler

Jusque là, tout fonctionnait très bien. Jusqu’à ce qu’une impression bloque en plein milieu, et que la commande d’un moteur pas à pas ne fonctionne plus. Il faut savoir que les moteurs pas à pas (ou steppers) employés sur les imprimantes 3D sont pilotés par des drivers, des petits modules gérant la puissance que ceux-ci reçoivent (entre autre). J’ai de suite pensé à un de ces drivers, en me disant qu’il avait cramé. Ce problème est bloquant : sans driver pas de moteur pilotable et donc pas d’imprimante.

Après investigation, le driver n’a pas cramé comme je le supposais mais il a bien chauffé, ce qui n’était pas vraiment au programme. Il m’a donc semblé très utile de ventiler l’électronique, à l’aide d’un ventilateur de CPU récupéré sur une vieille carte mère par exemple. Mais comment le fixer sur le cadre aluminium ? Avec un support pardi. Je fouille sur Thingiverse, mais aucun support n’est prévu pour ce ventilateur de 50mm que j’ai récupéré. C’est le moment de concevoir.

Conception Assistée par Ordinateur

Avoir une imprimante 3D c’est bien, s’en servir pour imprimer autre chose que des gadgets (clefs TSA, porte-clefs, etc ...) c’est encore mieux. J’ai donc replongé dans mes cours de terminale, à l’époque où je faisais du Solidworks.

Et j’ai bien sûr cherché un équivalent libre. Deux logiciels m’ont paru tout à fait valables : FreeCAD et OpenScad. Le premier est un logiciel de CAO basique si je puis dire, on dessine des esquisses et on applique des transformations usuelles (extrusion, chanfrein, perçage, soustraction de matière, et j’en passe). La manière de concevoir la pièce se rapproche de la manière dont on l’usinerai réellement à l’aide d’outils à commandes numériques (ou même manuelles). Le second se rapproche beaucoup plus de la programmation que de la CAO habituelle : on code la réalisation de la pièce à l’aide de formes de base (cylindre, cube, polygone) et de transformation (différence, union, rotation, translation).

Vu qu’il me fallait un support de ventilateur pour refroidir l’électronique, j’ai donc décidé de créer le mien avec FreeCAD. La tâche n’a pas été trop complexe, pas mal de tutoriaux trouvés sur Youtube m’ont permis de prendre en main le logiciel. Au final, j’ai conçu un support pas mal du tout, après de nombreux ratés. Le plus difficile dans la conception pour imprimante 3D, c’est de bien prendre en compte les caractéristiques d’impression, la longueur de filament requis et la précision des usinages en fonction de leur placement. En effet, un trou usiné dans un flanc de 2mm d’épaisseur imprimé verticalement sera moins précis que le même trou usiné dans un flanc à plat sur l’imprimante. Il faut donc prévoir un peu de marge dans les cotations histoire d’éviter de retravailler la pièce.

Le support conçu sous FreeCAD

J’en ai profité pour me faire un compte sur Tingiverse, et y déposer mon super support.

Le support et le ventilateur en place sur le cadre

Pour la prise en main d’OpenScad, j’ai réalisé une pièce pour "hacker" mon lave-vaisselle. En effet, le bouton d’alimentation de ce dernier ne reste plus enfoncé ce qui est plutôt gênant. Pour corriger ce problème, j’ai essayé de le caler avec du carton mais ça ne tient pas sur la durée. De même, un cure-dent fonctionne bien mais reste dangereux (surtout que j’ai deux mini-moi à la maison, dont un qui a une propension à faire plus de bêtises que l’autre). Il me fallait un bidule pour caler le bouton sans que cela soit dangereux, et tant qu’à faire pratique à utiliser. Une mission pour mon imprimante 3D !

Avant d’entrer dans les détails, sachez qu’OpenScad est tout juste fabuleux pour trois raisons :

Le design de la pièce est rudimentaire : un genre de bague pour y passer un doigt afin de l’attraper aisément, et une cale la plus fine possible pour bloquer le bouton. La première partie de cette pièce n’a pas été trop compliquée, la seconde par contre a demandé plusieurs réglages. Pourquoi ? Eh bien l’imprimante ne peut pas imprimer un "mur" (c’est à dire un pan vertical très fin) en dessous d’une certaine épaisseur. Le plus fin que j’ai pu obtenir est 0.4mm, mais le pan est très mal attaché au reste de la pièce, ce qui va tout simplement augmenter les risques de casse.

J’ai donc opté pour une épaisseur plus large (0.8mm) afin d’avoir une impression robuste et de pouvoir poncer la pièce par la suite. Ainsi, je peux ajuster l’angle et réduire l’épaisseur en bout, de manière à avoir une cale ressemblant à un cale-porte, mais pour bouton de lave-vaisselle. Le design de la pièce finale ressemble à ça dans OpenScad :

Et une fois imprimée et poncée, la pièce en place sur mon lave-vaisselle :

Impression de la pièce
La cale en place sur le bouton =)

Conclusion

L’impression 3D gadget c’est sympa, mais à part faire des minions pour ses enfants ça n’apporte pas grand chose. Concevoir des pièces avec FreeCAD, OpenScad ou encore Sketchup (pas encore utilisé), et leur donner vie grâce à l’imprimante 3D, c’est juste priceless.

Promis le prochain article sera sur l’avancée des projets électroniques, et peut-être sur le Raspberry Pi Zéro si j’arrive à m’en procurer un.