Dans le deuxième article de notre série en quatre parties, notre chimiste Jean Paul Formosa explore comment prévenir le gauchissement dans l'impression 3D en analysant ses causes. Si vous avez manqué la première partie, vous pouvez la trouver ici.
Prévention du gauchissement
La clé pour éviter le gauchissement est de s'assurer que l'adhérence entre la première couche de l'objet imprimé et la plaque de construction est supérieure aux contraintes thermiques exercées sur la première couche. La déformation d'une impression peut être atténuée en contrôlant l'adhérence à la plaque de construction et le gradient thermique. L'adhérence de la première couche dépend de plusieurs facteurs, notamment
- le matériau de la plaque de construction
- l'adhésif utilisé
- le type de matériau imprimé
- Température de la plaque de construction
- Température de la buse
- Vitesse d'impression de la première couche
- Flux de la première couche
- Nivellement de la plaque de construction
L'adhérence de la première couche est généralement plus forte lorsque la température de la plaque de construction, la température de la buse et le flux de la première couche sont élevés et que la vitesse d'impression de la première couche est faible. Toutefois, ces paramètres dépendent fortement de la combinaison de l'imprimante, du matériau et de l'environnement.
Contrôle du gradient thermique
Un bon contrôle du gradient thermique pendant l'impression FDM peut aider à réduire le gauchissement en diminuant les contraintes thermiques. On y parvient généralement en maintenant la température interne de l'imprimante légèrement (10° - 20°C) en dessous de la température de transition vitreuse du matériau imprimé. La température de transition vitreuse est la plage de température au-dessus de laquelle un matériau thermoplastique commence à se comporter comme un caoutchouc. En dessous de cette température, le matériau est rigide et vitreux, tandis qu'au-dessus de cette température, il est plus souple et moins rigide.
Pour de nombreux matériaux de filament FDM, la température à l'intérieur d'une imprimante sans chambre fermée activement chauffée n'est pas suffisante pour approcher le point vitreux du matériau. Cependant, il est essentiel de maintenir une température de fabrication constante pour éviter les problèmes d'impression. Il est toujours conseillé d'éviter les courants d'air et les changements brusques de température pendant l'impression.
Certains matériaux techniques tels que le nylon et l'ABS peuvent facilement être imprimés dans des imprimantes fermées dotées de lits chauffants. Le lit chauffant suffit à maintenir la température interne de l'imprimante à un niveau suffisamment élevé pour atténuer le gauchissement, à condition d'utiliser un adhésif suffisamment puissant pour le plateau. En revanche, les matériaux à haute température tels que le PC vierge, le PEEK, l'Ultem et le PPSU nécessiteront probablement une chambre chauffée pour réduire les contraintes thermiques pendant l'impression, qui entraînent souvent des déformations et d'autres artefacts. D'autres facteurs peuvent influencer les contraintes thermiques, notamment la hauteur des couches, la vitesse d'impression, l'épaisseur de l'enveloppe et le pourcentage de remplissage, les valeurs les plus élevées entraînant généralement une plus grande tendance au gauchissement.
La température de la plaque de construction et ses conséquences
Au vu de ces informations, on pourrait penser qu'en augmentant au maximum la température de la plaque de construction, on éviterait le gauchissement. Malheureusement, ce n'est pas le cas pour la plupart des matériaux FDM.
Une augmentation trop importante de la température de la plaque de construction peut entraîner trois problèmes principaux :
- Perte de qualité de l'impression : le polymère imprimé sur la plaque de construction devient trop mou, ce qui entraîne un gondolage dans les angles vifs et une déformation de la pièce.
Les photos de gauche montrent une impression sur banc avec le lit chauffant réglé à 60°C, tandis que les photos de droite montrent une impression sur banc à 80°C. De près, on peut voir que le banc de droite s'est déformé et présente également des artefacts dus à l'enroulement des couches sous l'effet d'une chaleur excessive.
- Stabilité de la base de l'impression : à mesure que la hauteur de l'impression augmente, la masse de matériau à la base doit être suffisamment rigide pour résister aux contraintes thermiques des couches nouvellement déposées. Si la température de la plaque est trop élevée, la base sera trop souple pour résister à ces tensions.
Figure : Impression avec un matériau rigide par rapport à un matériau souple.
Le matériau rigide sera capable de résister à la déformation, car le matériau plus froid au bas de l'impression a suffisamment de force (contrainte interne) pour résister à une déformation supplémentaire. Un matériau souple ou mou ne sera pas assez solide pour résister à la contrainte de déformation induite par le rétrécissement des couches supérieures de l'impression.
Un matériau rigide peut résister aux contraintes de déformation, tandis qu'un matériau souple n'est pas assez solide pour résister aux contraintes induites par le retrait des couches supérieures.
- Adhésion de la plaque : Bien qu'à des températures plus élevées l'adhésion entre le plastique et l'adhésif soit généralement plus grande, la résistance effective de la couche d'adhésif commence à diminuer. La plupart des adhésifs et des surfaces des plaques de construction sont constitués de polymères qui se ramollissent avec l'augmentation de la température. Par conséquent, pour chaque matériau, il existe une plage de température où la déformation de la pièce moulée est minimale, avec un compromis où l'adhésion de la première couche et la résistance de la couche adhésive sont maximisées et où les contraintes thermiques et de déformation sont minimisées.
MagigooPour ces raisons, il est important de déterminer la meilleure température d'impression dans votre système d'impression 3D afin d'éviter la déformation avec les adhésifs ®.
Dans la troisième partie, nous verrons en détail comment déterminer cette plage de température optimale et nous partagerons avec vous quelques outils et conseils pour faciliter ce processus.
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