Ici mon aventure dans la réalisation de ma première imprimante 3D. Une sorte de journal de bord quoi.

Cela fait bien quelques années que j'entends parler d'imprimantes 3D, que j'ai pu observer les résultats de pièces imprimées, mais surtout qu'à chaque fois qu'un machin en plastique explose ou se casse à la maison je me dis: “franchement, avec une imprimante 3D et un peu de CAD, cela serait remplacé à peu de frais”. Surtout que plus jeune, j'ai appris à concevoir des pièces en 3D sur des logiciels dédiés comme SolidWorks, mais que je n'ai pas forcément touché du concret dans la réalisation (à part peut-être l'emploi de tours et de fraiseuses en prépa).

Bref, il m'en faut une.

La réalisation d'une imprimante 3D de type RepRap (REplicating RApid Prototyper) opensource nécessite plusieurs éléments fondamentaux:

• Un kit de pièces en plastique imprimées par une autre RepRap
• Des vis, écrous, rondelles, tiges filetées et lisses
• Des moteurs pas à pas possédant suffisamment de couple
• De l'électronique (Arduino, RAMPS shield + modules de contrôle des moteurs + endstops)
• Une alimentation de PC 400W (que l'on peut récupérer)
• Du matériel spécifique, comme des poulies, des courroies, une tête d'extrusion chauffante et un plateau chauffant
• Des outils adaptés (tournevis, perceuses avec forêts, clés diverses)
• De la motivation (eeeh oui)

Le premier élément de cette liste est obligatoire pour monter la base de l'imprimante. Sans ces pièces, impossible de fixer les différents modules. Je me suis donc mis en chasse pour trouver un kit de pièces imprimées, çà commencer par solliciter la communauté sur Internet, car pour moi la philosophie des RepRap opensource passe par leur aspect viral: avec une RepRap on peut créer des kits pour construire d'autres RepRaps. Et ce fut presque réussi: j'avais trouvé quelqu'un du LabFab (Hughes) qui avait entamé l'impression des pièces, mais en raison d'un accident celles-ci n'ont pas pu me parvenir. J'ai donc opté pour l'achat d'un kit sur Internet, via eBay.

Et là, surprise: les tarifs vont du simple au triple. Il faut être méfiant, car pas mal de gens ont compris que ces imprimantes 3D seraient très demandées, et ont monté des business divers en faisant des marges de folie. Par exemple, on peut y trouver des kits de pièces à plus de 60€, voire même 80€ ! Pour ma part, j'ai trouvé un kit à 35€, certes plus cher que le poids en plastique PLA (compter 30€/Kg environ), mais imprimé par un petit gars des côtes d'armor. Une fois commandé, je m'en suis sorti pour 42,50€ avec livraison en colissimo, donc fiable. Je l'ai reçu 3 jours plus tard.

j'ai déballé le colis, et vérifier les pièces en comparant à la documentation officielle. Tout y était, parfait. La version Rework de la Prusa i3 est une version intégrant des supports pour les endstops, ainsi que des améliorations sur les pièces afin d'optimiser le fonctionnement de l'imprimante. Le modèle que je vais monter est basé sur un cadre fixe, que je vais devoir acquérir via eBay de la même manière.

Un des problèmes que pose la Prusa i3, c'est son cadre. Il en existe en différents matériaux, comme le PVC ou le mélaminé. Autant la version “box” en mélaminé est reconnue comme fiable (car stable), autant en mode single-frame cela me semble tendu. J'ai préféré prendre un cadre un brin plus cher que ceux disponibles en mélaminé ou PVC, c'est-à-dire un cadre aluminium usiné. Le cadre seul m'a coûté 70$, soit environ 50€, prix auquel s'ajoute les frais de port (30€ environ). Je m'en suis sorti pour 80€ pour un cadre avec une finition impeccable, qui inclut aussi le support aluminium pour le lit chauffant.

En ce qui concerne la visserie, j'ai tenté de voir si je pouvais trouver le matériel requis en ligne sur des sites de magasins comme Lerin Merloy, Costarama ou similaire (oui, les noms ont été changé, pas de pub). Cela s'est vite révélé être über-galère, car ceux-ci ont des choix très limités en vis. J'ai donc terminé sur eBay, à commander des vis, des écrous, des rondelles ainsi que des tiges lisses. J'en ai profité pour en prendre plus que nécessaire. Si cette option permet de trouver tout le matériel requis, elle n'est pas forcément de tout repos: il faut jongler avec les fournisseurs pour trouver un prix honorable, et sincèrement éviter les envois par USPS en provenance des états-unis (plus de 20$ pour certaines pièces à commander en 1 ou 2 exemplaires). J'ai opté pour des envois du Royaume-Uni (quelques livres de frais de port, au final quelques euros pour une commande de 50 ou 100 vis), et de Chine (qualité normale je dirais, mais délai de réception plus long).

En ce qui concerne les tiges filetées, pas la peine de passer par eBay: les magasins type Lerin Merloy et consort en proposent au mètre, auquel vous ajouterez quelques euros pour une scie à métaux et un peu de papier de verre (histoire de pas se couper avec les abrasures). Pour la prusa i3 Rework, du 5mm de diamètre et du 10mm de diamètre sont requis (achat à venir, je vous ferai un récapitulatif des prix une fois que j'aurais toute la mécanique en main).

Bon pour le coup, je vais avoir du surplus mais c'est pas grave, je pourrais ainsi en passer aux soutiens qui voudraient aussi se lancer.

Pour le montage de l'axe Y, j'ai bien sûr suivi la documentation de référence de la Prusa i3 Rework, avec un oeil critique. Première surprise, la documentation indique que le plateau utilise 3 roulements LM8UU, alors que la dernière version du plateau (celle que j'ai reçu qui est découpé dans l'aluminium) en possède 4. En fait, il s'agit d'une erreur, car il faut bien 12 roulements linéaires LM8UU pour l'ensemble de l'imprimante.

En premier, il faut monter le plateau. On sort 2 vis M3 de 14mm, deux écrous M3 et deux rondelles M3, et on assemble le support de courroie au centre. Rien de bien compliqué. C'est après que ça se gâte, car il faut fixer les roulements. A la différence du plateau présenté dans la documentation, le mien ne possède pas de rainures dans lesquelles je peux glisser les roulements, j'y suis donc allé à la barbare avec des colliers de serrage rapides (zip-ties) de 3.6mm de largeur. Attention au serrage, préférez tout ajuster avant de serrer comme un barbare et de couper. J'en ai profité pour glisser une tige lisse et m'assurer que tout coulissait impeccablement. Une fois cela fait, j'ai serré les zipties et coupé pas trop court.

Ensuite, il faut assembler les traverses. A cette fin, j'ai découpé à la main des bouts de tige filetée (à la scie à métaux), sur lesquels j'ai enfilé les écrous et les rondelles comme indiqué. J'ai aussi passé un coup de forêt de 10mm dans les trous des supports plastiques (“Y corners”), histoire que ça passe comme dans du beurre. Aucune difficulté rencontrée, le montage selon la documentation est nickel. Ah si, mes écrous chinois commandés sur eBay se sont révélés moisis, peut-être un problème de pas ou je ne sais quoi. Et pour le coup, j'ai trouvé mon bonheur chez Lerin Merloy (encore), avec une quarantaine d'écrous M10 et une dizaine d'écrous M8 pour 3,50€. A y réfléchir, j'aurais du m'y fournir plus tôt, au lieu de faire le fainéant à commander sur eBay.

Le montage du plateau s'est révélé laborieux, et pour une simple raison: le kit de tiges lisses que je possède est un poil adapté (selon l'auteur), et je me retrouve donc avec des tiges de 405mm au lieu des 350mm requis. Pour le coup, j'avais déjà découpé des tronçons de tige filetée M10 de 380mm comme indiqué dans la documentation, et ce fut trop court. Un aller/retour au magasin de bricolage le lendemain a résolu le problème: nouvelle tige filetée, découpe à 435mm et tout est rentré dans l'ordre. Attention toutefois: en changer les dimensions de l'axe Y, cela impacte obligatoirement la taille de courroie requise. Je m'attends donc à commander un peu de courroie GT2 en plus. C'est toujours mieux que se louper et d'avoir à commander de nouvelles tiges lisses.

Pour le montage de l'axe X, je me suis à nouveau basé sur la documentation de référence. Peut-être que je n'aurais pas dû.

En premier lieu, il faut assembler le chariot de support d'extrudeur. On y insère 4 roulements linéaire LM8UU, et autant de zipties que nécessaire. Pour ma part, les logements pour les zipties (les 8 encoches sur le côté plat) ont été bousillés lors de l'impression, certainement à cause de débords. A l'aide d'un cutter, j'ai dégagé ces emplacements (au mieux) et je me suis assuré que les trous pour passer les zipties étaient bien dégagés. J'ai ensuite réalisé le montage à blanc, inséré les zipties, ajusté ces dernières, et serré doucement. Je me suis assuré du bon positionnement des roulements en testant avec une tige lisse.

Le montage des supports commence par l'insertion des roulements linéaires LM8UU (2 par support). Ce que ne dit pas la documentation, c'est qu'il faut s'assurer que les emplacements sont super-cleans (on peut passer un coup de foret de 7.5mm par exemple pour tenter d'égaliser l'intérieur des logements): si l'impression est imprécise, les roulements ne seront pas alignés et c'est la catastrophe. Je m'en suis rendu compte plus tard dans le montage, et j'ai du tout reprendre du début car deux roulements clochaient. J'y ai passé 2 bonnes heures à régler ce problème, en abîmant une pièce (rien de méchant, un petit renfort qui a sauté).

Le montage du tout n'est pas trop complexe, mais il faut s'assurer de respecter la distance entre les emplacements des roulements, pour être sûr de pouvoir enfiler l'axe X sur les tiges lisses de l'axe Z.

Alors en ce qui concerne cet axe, la documentation vaut zéro. Dans un premier temps, je me suis rendu compte que les supports de tiges lisses de l'axe Z ne peuvent pas (et ne sont pas faits) pour autoriser un coulissement vertical. Ils sont conçus pour que l'on puisse insérer la tige lisse d'un côté et de l'autre. Ainsi, j'ai d'abord inséré la tige lisse dans le premier support du bas (en forçant, c'était pas facile), puis dans le second. J'ai fixé sans serrer ces deux supports.

Puis j'ai inséré l'axe X en le faisant coulisser sur les tiges lisses, et j'ai dû reprendre à plusieurs fois le réglage de mes roulements pour que cela coulisse sans trop de résistance. L'axe Z peut toutefois supporter un peu de résistance, sa position est pilotée par vis sans fin, qui procure une très bonne précision et vu le couple du moteur cela ne devrait pas poser de problème. Je me suis quand même assuré que cela coulissait bien en faisant basculer d'un côté et de l'autre le cadre: le déplacement sur l'axe Z se faisait tout seul, grâce à la gravité. Pas parfait, mais cela devrait fonctionner.

Pour terminer, j'ai pu observer un mauvais alignement entre mes deux tiges lisses: on dirait qu'un des supports du bas ait été un peu mal imprimé. Cela fait que le parcourt sur l'axe X n'est pas exactement à l'horizontal (je dois avoir un angle léger < 8°). J'ai essayé de régler cela, mais à part en reperçant le support, je ne vois pas comment m'y prendre. Après réflexion, je comprends pourquoi le support de lit chauffant doit être ajusté en hauteur afin d'être perpendiculaire à l'axe de l'extrudeur… L'impression 3D reste tout de même imprécise, et cet ajustement permettra de palier au manque d'horizontalité (j'espère). Sinon je repercerais les supports, et j'ajusterais à la barbare.

• Kit de pièces Prusa i3 rework: 42,50€
• Cadre alu Prusa i3 rework: 83,24€
• Ecrous M5 (x50): 5,10€
• Vis M3 30mm (x10): 4,09€
• Roulements 624ZZ (x5): 3,61€
• Roulements 608ZZ (x10): 5,47€
• Roulements LM8UU (x12): 11,67€
• Lit chauffant PCB: 9,40€
• Coupleurs 5mm/5mm (x2): 7,87€
• Kit de tiges lisses (smooth rods): 36,56€
• Tiges filetées 2xM5 + 2xM10: 6€
• Ecrous “grub” M3 8mm (x10): 1,53€
• Ecrou M8 marine (x2): 9,75€
• Rondelles M8 (x20): 6,98€
• Rondelles M3 (x50): 2,18€
• Rondelles M10 (x50): 7,31€
• Ecrous M4 (x20): 2,18€
• Ecrous M10 (x10): 10,22€
• Vis M4 20mm (x25): 2,34€
• Ecrous “grub” M8 20mm (x10): 7,31€
• Vis M8 30mm (x10): 6€
• Vis M3 60mm (x4): 6€
• Ecrous M4 (x100): 6,13€
• Kit courroie GT2 + 2 poulies crantées: 11,31€
• Vis M3 14mm (x50): 2,18€
• 5 moteurs NEMA 17 (eMotion Tech): 60€
• Tête d'extrusion JHEAD 0.35mm: 69.90€

Ce qui fait la modique somme d'environ 420€, juste pour le cadre, les pièces, la base de la mécanique, les moteurs et l'extrudeur.