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3Devo | Défauts courants des filaments : Votre guide de dépannage

27/10/23

3devo - Common Filament Defects Your guide to troubleshooting

Défauts courants des filaments : Votre guide de dépannage

Introduction

En matière d’impression 3D, la qualité de votre filament peut faire toute la différence entre une impression réussie et un échec frustrant. Mais qu’est-ce qui définit exactement un « bon filament » et comment pouvez-vous vous assurer que votre matériau d’impression 3D répond à ces normes ? Dans ce guide complet, nous allons nous pencher sur les principes fondamentaux de la qualité des filaments du point de vue de la transformabilité.

Nous verrons ce qui définit un bon ou un mauvais filament, quels sont les problèmes de qualité les plus courants et comment les résoudre. Préparez-vous à en apprendre beaucoup sur les aspects techniques du processus d’extrusion.

Qu’est ce que le filament ?

Dans la technologie de l’impression 3D, le filament est la matière première essentielle utilisée pour fabriquer des objets tridimensionnels complexes. Ce support thermoplastique est méthodiquement fondu et superposé par l’imprimante 3D, conformément aux spécifications de conception précises entrées dans le système. Disponible dans une variété de compositions, chaque type de filament offre des propriétés distinctes qui dictent les attributs du produit final, tels que la durabilité, la texture et la résilience.

En tant que pierre angulaire du processus d’impression 3D, le choix du filament approprié est essentiel pour obtenir des résultats optimaux, ce qui souligne son rôle central dans l’avancement des innovations en matière de fabrication additive.

Compatibilité et sélection des matériaux

Le choix du bon matériau est une étape critique du processus d’impression 3D. Les différents matériaux présentent des caractéristiques uniques qui peuvent influencer de manière significative le résultat de votre projet. Par exemple, le PLA est connu pour sa facilité d’utilisation et son respect de l’environnement, ce qui en fait un choix populaire pour les débutants et ceux qui cherchent à créer des modèles moins complexes. En revanche, l’ABS offre une résistance et une flexibilité accrues, ce qui peut être bénéfique pour les projets plus avancés.

Il est essentiel de comprendre les nuances des différents matériaux et la manière dont ils interagissent avec votre imprimante 3D. Cela permet d’obtenir les résultats souhaités et d’éviter les écueils courants tels que le gauchissement ou l’incohérence des textures. Par conséquent, prendre le temps de rechercher et de sélectionner le matériau le plus compatible avec votre projet peut constituer la base d’une expérience d’impression 3D réussie.

Que signifie « bon » filament ?

Commençons par les éléments essentiels. Qu’est-ce qu’un « bon » filament ? L’extrusion vise à produire un filament qui ne posera aucun problème d’impression. Dans cet article, nous n’aborderons pas les propriétés des applications finales, mais plutôt la qualité du filament du point de vue de la mise en œuvre. Dressons la liste ! Un bon filament doit être

  • Homogène dans sa composition – Cela implique l’absence de contamination. Pour les mélanges ou les composites impliquant plusieurs substances, l’homogénéité signifie également un mélange correct. Par exemple, dans le cas du PEEK + fibre de carbone, la distribution de la fibre de carbone doit être égale dans l’ensemble de la matrice PEEK. En d’autres termes, cela signifie que plusieurs échantillons de filaments extraits de différentes parties de la bobine doivent être identiques.
  • Section transversale ronde – L’ovalisation est une forme d’instabilité de l’épaisseur. Plus qu’un diamètre fixe, la tête de l’imprimante 3D attend un certain volume constant de plastique pour fonctionner normalement.
  • Préservé chimiquement autant que possible – L’impression 3D et l’extrusion dégradent toutes deux les molécules de polymère, principalement par un mécanisme appelé « scission de chaîne ». Il est impossible de préserver à 100 % l’intégrité moléculaire pendant l’extrusion, mais l’objectif est de conserver la plupart des propriétés autant que possible ou au moins d’éviter une dégradation majeure (brûlure du plastique).
  • Diamètre suffisamment constant – Il est impossible de produire une bobine de filament en garantissant que 100 % de ses points mesurent exactement 1,75 mm ou 2,85 mm. Les fluctuations d’épaisseur sont inévitables mais doivent être minimisées.

Le procédé d’extrusion idéal

Pour fabriquer des filaments de qualité supérieure, le processus d’extrusion doit être parfaitement exécuté. Chaque aspect du processus de création du filament influe considérablement sur la qualité finale du filament et nécessite un contrôle méticuleux.

Approfondissons les subtilités du processus d’extrusion, en faisant la distinction entre les mécanismes internes de l’extrudeuse et les procédures externes qui s’ensuivent.

L’intérieur de l’extrudeuse : Le cylindre et la vis

Au cœur de l’extrudeuse se trouve un mécanisme sophistiqué comprenant une vis rotative logée dans un cylindre. Cette pièce maîtresse remplit deux fonctions principales : faciliter la fusion du plastique et le faire avancer de manière régulière. Le processus est fortement tributaire de deux sources de chaleur : la chaleur conductrice générée par des appareils de chauffage externes et la chaleur de friction produite en interne par la rotation de la vis dans la matière plastique.

Le cylindre de l’extrudeuse fonctionne selon trois zones distinctes, chacune jouant un rôle crucial dans la transformation du plastique :

  • Zone d’alimentation : c’est là que le plastique solide est introduit depuis la trémie, initiant le mouvement vers l’avant et préparant le terrain pour les phases suivantes.
  • Zone de transition : dans cette phase, le plastique passe progressivement de l’état solide à l’état liquide, préparant ainsi le terrain pour l’extrusion finale.
  • Zone de dosage : À ce stade, le plastique atteint un état totalement liquide, prêt à être extrudé en douceur à travers la buse.

Il est essentiel de maintenir un flux harmonieux dans ces zones. Le plastique doit subir un processus de fusion graduel, ni rapide ni trop tardif, afin d’assurer une pression stable garantissant une épaisseur de filament uniforme.

En dehors de l’extrudeuse : Refroidissement, contrôle du diamètre et bobinage

Une fois qu’un flux stable est obtenu à la sortie de la buse, plusieurs étapes supplémentaires sont essentielles pour transformer le produit brut en filament de haute qualité :

  • Le refroidissement : Cette étape consiste à solidifier le produit avant de le tirer et de le bobiner. Un refroidissement efficace, souvent facilité par des ventilateurs, nécessite une approche équilibrée pour éviter un refroidissement insuffisant ou des vibrations excessives.
  • Contrôle du diamètre : Un contrôle régulier du diamètre du filament est essentiel, en particulier lorsque le filament a subi une contraction après le refroidissement, afin de maintenir l’uniformité.
  • Bobinage : Au cours de cette phase, la bobine fonctionne comme un collecteur de filament sans exercer de force de traction. Un composant spécialisé, appelé « puller », est chargé de tirer le filament à une vitesse constante.

En respectant ces processus structurés, il est possible de produire des filaments de qualité supérieure, ce qui favorise l’innovation et l’excellence dans le domaine de l’impression 3D.

D’innombrables facteurs influencent la qualité du filament

Chaque étape du processus d’extrusion est importante pour la fabrication d’un filament de haute qualité. Pour obtenir les meilleurs résultats, tout doit fonctionner parfaitement, en particulier si l’on se concentre sur deux facteurs principaux :

  • les températures de chauffe
  • la vitesse de rotation de la vis.

Mais c’est là que le bât blesse : ces facteurs sont étroitement liés, ce qui signifie que les ajuster peut relever d’un exercice d’équilibriste.

Par exemple, lorsque nous parlons d’ajuster les températures, il ne s’agit pas seulement d’augmenter la chaleur. Nous devons réfléchir aux éléments chauffants à ajuster – ceux qui sont proches de la trémie ou ceux qui sont proches de la buse. Notre générateur de filament est livré avec quatre résistances, ce qui nous laisse une grande marge de manœuvre pour expérimenter, même si cela peut rendre les choses un peu plus complexes.

Imaginons que nous décidions d’augmenter la température du premier élément chauffant, celui qui se trouve près de la trémie au début du cylindre. Cela signifie que le plastique transportera plus de chaleur lorsqu’il passera par les autres résistances, et nous devrons procéder à d’autres ajustements pour maintenir l’équilibre de l’ensemble.

Autre élément à prendre en compte : que se passe-t-il si nous augmentons la vitesse de la vis ? D’une part, le matériau passe moins de temps dans le cylindre et absorbe donc moins de chaleur. Mais d’un autre côté, la vitesse plus rapide crée plus de friction, ce qui réchauffe le matériau. Ainsi, la modification d’un paramètre peut avoir des effets différents, ce qui rend le processus de réglage quelque peu difficile.

La clé de la maîtrise de ce processus est la patience. Comme tous ces paramètres sont interconnectés, il faut parfois procéder à plusieurs ajustements pour comprendre l’effet d’un seul changement. Et n’oubliez pas que toute modification de la vitesse ou de la température peut également signifier que nous devons modifier les paramètres de refroidissement du ventilateur.

C’est une question d’essais et d’erreurs et de lenteur dans la compréhension de l’effet de chaque réglage sur le produit final. Avec le temps et la patience, nous pouvons affiner le processus pour produire le meilleur filament possible.

Le rôle des facteurs environnementaux

Les facteurs environnementaux peuvent avoir un impact significatif sur la qualité de votre filament. Des éléments tels que l’humidité et la température peuvent modifier les propriétés du filament, ce qui peut entraîner des problèmes tels que la fragilité ou l’absorption d’humidité. Ces facteurs peuvent affecter le filament à la fois pendant le processus d’impression et pendant son stockage.

Pour préserver la qualité de votre filament, il est essentiel de le stocker correctement. Envisagez d’investir dans une solution de stockage à sec pour protéger votre filament des conditions environnementales défavorables. En outre, le fait de connaître les conditions d’impression optimales pour les différents matériaux peut aider à obtenir des résultats cohérents et de haute qualité.

Facteur d’influence particulier : le matériau lui-même

Certains matériaux sont adaptés à

l’extrusion et posent naturellement moins de problèmes d’extrusion. Les qualités de polymères destinées à l’extrusion ont souvent une propriété commune : une viscosité élevée. D’autres sont difficiles, voire parfois impossibles à transformer en filaments. Il s’agit généralement de qualités à faible viscosité ou de qualités pour le moulage par injection.

Le choix du bon grade de polymère peut parfois permettre d’éviter complètement les problèmes.

Problème 1 : ecrat d’epaisseur

Il s’agit du problème de qualité du filament le plus courant, mais aussi le plus difficile à résoudre. Ce problème est souvent résolu en dernier, car la stabilité de l’épaisseur du filament est le résultat final du processus idéal, une fois que tous les problèmes ont été résolus. Pour résoudre un écart d’épaisseur excessif, il faut d’abord résoudre tous les autres problèmes, puis procéder à des réglages encore plus précis.

Chaque case doit être cochée :

  • Alimentation cohérente
  • Entrée non contaminée
  • Sélection d’un grade de polymère adapté à l’extrusion
  • Réglages optimaux
  • Matériel adéquat pour la mesure de l’épaisseur
  • Tirage stable
  • Bobinage avec la bonne tension
  • Entretien et nettoyage adéquats du matériel

Lorsqu’on parle d’écart d’épaisseur ou de fluctuation de diamètre, le terme clé est celui de « tolérance ». Il soulève la question suivante : de combien l’épaisseur du filament peut-elle varier et être considérée comme acceptable ? Ou bien jusqu’à quel point l’épaisseur du filament peut-elle fluctuer ?

La norme la plus courante dans l’industrie est de +/- 50 micromètres. Toutefois, cette valeur est arbitraire. Toutes les imprimantes n’ont pas besoin d’une tolérance aussi serrée. Toutes les imprimantes 3D peuvent fonctionner sans impact négatif notable dans les limites d’une certaine tolérance d’épaisseur de filament. +/- 50 micromètres, ou 100 micromètres, … Cela dépend de l’imprimante. La raison en est qu’un petit bassin de fusion se forme à l’intérieur de la tête d’impression, agissant comme un tampon de flux. La bonne épaisseur moyenne du filament et l’absence d’énormes bosses sont toutefois essentielles.

Dans un esprit de recherche, lors de l’exploration de nombreux matériaux nouveaux, un petit échantillon de filament légèrement en dehors des tolérances peut être suffisant pour aller de l’avant et réaliser un essai d’impression.

Problème 2 : bosses ou particules non fondues

Parfois, vous pouvez remarquer que de petites bosses ou des particules qui n’ont pas complètement fondu apparaissent à la surface de votre filament. Ces minuscules perturbateurs peuvent causer de gros maux de tête pendant l’impression 3D, principalement en obstruant le travail.

La première chose à faire est de savoir de quoi sont faites ces bosses. S’agit-il de morceaux du matériau que vous utilisez ou d’un autre élément qui s’est glissé là ?

Ces « intrus » peuvent être des restes d’une session précédente, des morceaux de plastique ou d’autres contaminants, des additifs ou même de petites particules qui se sont dégradées parce qu’elles sont restées trop longtemps dans le tonneau. Parfois, il se peut que le nouveau matériau se mélange encore à l’ancien. Dans ce cas, il ne s’agit pas d’un problème de fusion, mais plutôt d’un problème de propreté. Quelle est la meilleure façon d’y remédier ? Nettoyez bien le cylindre et recommencez votre test d’extrusion avec de la matière pure et fraîche.

Il existe un cas particulier dont nous devons parler : les additifs. Parfois, de minuscules charges comme les nanotubes de carbone peuvent s’agglutiner pour former de petites boules. Il ne s’agit pas d’un problème de fusion ou de pureté, mais plutôt d’une question de répartition uniforme de ces additifs.

Si les bosses ne sont que des morceaux de matériau qui n’ont pas fondu correctement, il est temps de jouer avec les réglages. Pour favoriser une meilleure fusion, vous pouvez essayer d’augmenter la température pour obtenir plus de chaleur ou d’augmenter la vitesse de rotation pour créer plus de friction. Il s’agit de trouver le juste milieu pour obtenir un filament de qualité.

Problème 3 : Bulles dans le filament

Les bulles dans le filament peuvent être un obstacle important, créant des vides qui conduisent à des impressions ratées et à des têtes d’impression obstruées. La principale cause de ces bulles est un séchage inadéquat avant le processus d’extrusion. De nombreux plastiques sont hygroscopiques et absorbent facilement l’eau. Lorsque ces plastiques non séchés sont extrudés, l’eau contenue à l’intérieur entre en ébullition et forme des bulles. En outre, le chauffage du plastique en présence d’eau peut déclencher une hydrolyse, un processus chimique qui décompose les molécules et modifie les propriétés du plastique. Les différents plastiques nécessitent des durées de séchage variables, les nylons nécessitant un temps de séchage plus long que les autres polymères. La teneur en humidité peut être mesurée à l’aide d’appareils spécialisés afin de garantir un séchage optimal.

Une autre cause de bulles est la dégradation pendant l’extrusion, qui peut se produire même avec des polymères hydrophobes ou des polymères hygroscopiques convenablement séchés. La surchauffe peut entraîner des symptômes tels qu’une fluidité excessive, des coulures au niveau de la buse, un résultat collant et une décoloration. Si vous remarquez ces signes, il est temps d’abaisser les températures pour éviter la formation de bulles.

Problème 4 : Rendement d’extrusion insuffisamment liquide

Parfois, le filament ne fond pas suffisamment avant de sortir de la buse, ce qui peut entraîner des blocages et d’autres complications. Si le produit est trop solide, il devient difficile de gérer et de contrôler ses dimensions avec précision. Pour y remédier, il faut envisager d’augmenter légèrement les températures du processus. Toutefois, soyez prudent, car une chaleur excessive peut entraîner d’autres problèmes, notamment un aspect brumeux ou une accumulation à l’extrémité de la buse. Dans les cas extrêmes, l’appareil de fabrication de filaments peut se boucher, parfois de manière irréversible. Il est donc essentiel de surveiller des paramètres tels que le courant du moteur pour éviter une pression excessive dans le système.

Remarque particulière sur les charges : elles peuvent avoir un comportement inhabituel au cours du processus. Dans un matériau composite, le polymère fond et agit comme un liquide, tandis que l’additif reste solide, créant un résultat hybride avec des composants liquides et solides.

Problème 5 : Extrusion trop liquide

En revanche, le filament peut parfois être trop liquide, un

e caractéristique souvent intrinsèque à la qualité du matériau. Certaines qualités, conçues principalement pour le moulage par injection, sont naturellement plus fluides. Si vous trouvez le filament trop liquide, une stratégie viable consiste à réduire progressivement les températures de traitement. Cette approche est généralement plus sûre que celle qui consiste à traiter un produit trop solide, ce qui peut entraîner des blocages.

Une remarque particulière sur le recyclage : Chaque fois qu’un polymère subit un traitement, il se dégrade légèrement, devenant plus fluide en raison d’une diminution du poids moléculaire. Cela signifie que les conditions de traitement peuvent varier d’un cycle à l’autre pour un même matériau, ce qui nécessite généralement une réduction des températures à chaque recyclage.

J’espère que cette version vous plaira davantage. N’hésitez pas à me faire part de vos souhaits

concernant d’autres ajustements ou ajouts.

L’importance d’un entretien régulier

La maintenance régulière est cruciale dans le processus de production de filaments. Il ne s’agit pas seulement d’assurer le bon fonctionnement de l’équipement, mais aussi de garantir la qualité constante des filaments que vous produisez. Qu’il s’agisse de surveiller le processus de granulation dans le déchiqueteur GP20 ou d’optimiser les performances de l’extrudeuse de filaments, chaque détail compte.

Chez 3devo, nous avons conçu notre Filament Maker pour qu’il soit un outil fiable dans ce processus, offrant une plateforme conviviale où le maintien de la qualité de vos filaments est aussi simple que leur création. Un entretien régulier permet d’éviter les défauts et les incohérences dans le filament, ce qui permet d’obtenir de meilleurs résultats dans les produits finaux.

N’oubliez pas que l’entretien de votre installation de production de filaments ne vise pas seulement à prolonger la durée de vie de votre équipement, mais aussi à encourager l’innovation et à faire progresser les possibilités de l’impression 3D. Découvrez la différence avec le Filament Maker de 3devo, votre allié pour obtenir une qualité de filament irréprochable.

Conclusion

En conclusion, la compréhension et le dépannage des défauts courants des filaments sont des compétences essentielles pour toute personne impliquée dans l’impression 3D et la production de filaments. S’assurer que votre filament répond aux critères d’homogénéité, de section transversale ronde, de préservation chimique et de diamètre constant est fondamental pour obtenir des impressions 3D réussies.

Nous avons étudié divers problèmes de qualité du filament, notamment les écarts d’épaisseur, les particules non fondues ou les bosses, les bulles, les problèmes de sortie d’extrusion et l’influence du matériau lui-même. Bien que ces problèmes puissent être complexes et interconnectés, ils ne sont pas insurmontables. Avec de la patience, de l’expérimentation et un état d’esprit axé sur la recherche, vous pouvez identifier les causes profondes de ces problèmes et mettre en œuvre des solutions efficaces.

Il est important de se rappeler que la qualité du filament est un processus à multiples facettes qui implique un contrôle minutieux des paramètres d’extrusion, de la sélection des matériaux et de l’entretien de l’équipement. En approfondissant l’impression 3D et la production de filaments, vous découvrirez que l’attention portée aux détails et la compréhension approfondie de chaque composant du processus permettent d’obtenir des résultats cohérents et de haute qualité.

Dans les prochains articles, nous examinerons plus en détail chacun de ces problèmes de qualité du filament et nous vous fournirons des conseils et des solutions pratiques pour vous aider à les résoudre. Que vous soyez novice ou passionné d’impression 3D, la maîtrise de la qualité du filament est un parcours gratifiant, car elle ouvre la voie à des possibilités illimitées dans le monde de la fabrication additive. Restez à l’écoute pour plus d’informations et de conseils d’experts afin d’améliorer votre expérience de l’impression 3D.

  • Article de notre partenaire 3Devo

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