Pourquoi la mise à niveau vers une extrudeuse à entraînement direct entraîne-t-elle souvent une mauvaise qualité d'impression 3D ?

Une imprimante 3D est une machine sophistiquée qui fait fondre le plastique en formes 3D complexes. La mise à niveau implique de bricoler des systèmes de mouvement complexes et une électronique élaborée, avec la complexité supplémentaire de la modification du micrologiciel.

Cela n'a toujours pas dissuadé un nombre croissant d'intrépides passionnés d'impression 3D d'acheter des imprimantes 3D d'entrée de gamme et de les modifier pour rivaliser avec des modèles coûteux. L'un des mods les plus populaires consiste à mettre à niveau les extrudeuses Bowden d'origine vers des extrudeuses à entraînement direct.

Il serait juste de supposer que la mise à niveau de la tête d'impression elle-même garantirait une amélioration suffisante pour justifier les tracas impliqués. Mais que diriez-vous si nous vous disions que cette mise à niveau coûteuse diminue souvent la qualité d'impression ?

Confus? Lisez la suite pour savoir pourquoi une mise à niveau d'extrudeuse n'est pas aussi simple qu'il y paraît.

Mythe: les extrudeuses à entraînement direct améliorent la qualité d'impression

Visitez n'importe quel forum d'impression 3D et vous trouverez forcément des membres se plaignant d'une mauvaise qualité d'impression juste après la mise à niveau vers des extrudeuses à entraînement direct. Vous pouvez attribuer certains de ces cas à des pièces de mise à niveau défectueuses et à des pratiques d'installation inappropriées, mais il ne s'agit pas d'incidents isolés.

En fait, les vétérans de l'impression 3D savent qu'il est pratiquement impossible pour des imprimantes même coûteuses d'égaler la qualité d'impression prête à l'emploi des imprimantes Creality Ender-3. Alors, que se passe-t-il ici ?

Mais d'abord, prenons un peu de recul pour comprendre ce que sont les extrudeuses à entraînement direct, en quoi elles diffèrent des extrudeuses d'origine et pourquoi elles sont considérées comme des mises à niveau dignes d'intérêt.

Que sont les extrudeuses Bowden ?

Les imprimantes 3D d'entrée de gamme populaires, telles que l'Ender-3, sont livrées avec des extrudeuses Bowden. Cette conception de tête d'impression sépare physiquement l'extrudeuse (qui pousse le filament dans la buse) de l'ensemble d'extrémité chaude composé du dissipateur thermique, de la coupure thermique, du bloc chauffant et de la buse.

Ces extrudeuses tirent leur nom du tube Bowden (ou PTFE) nettement plus long reliant l'extrudeuse à l'assemblage de l'extrémité chaude. Il s'agit d'une conception relativement simple qui est rentable. Mais le chemin de filament plus long d'une extrudeuse Bowden rend également presque impossible l'impression de filaments flexibles.

Vous essayez essentiellement de pousser une corde dans un tuyau à ce stade. Et c'est là que les extrudeuses à entraînement direct entrent en scène.

Qu'est-ce qui rend les extrudeuses à entraînement direct meilleures ?

Cette conception de tête d'impression combine l'extrudeuse et l'assemblage de l'extrémité chaude en une seule unité. L'idée est de réduire le chemin du filament en rapprochant le plus possible l'extrudeuse de la buse. Cela réduit considérablement la longueur du filament qui doit être poussé vers le bas du tube PTFE. Cela signifie également qu'une section plus courte du filament doit pousser contre la buse pour générer une pression d'extrusion.

Une section plus courte de filament est intrinsèquement plus rigide et donc moins susceptible de se tasser et de se boucher sur son chemin vers la buse. Cela permet aux extrudeuses à entraînement direct d'imprimer facilement des filaments flexibles, tout en réduisant les paramètres de distance de rétraction pour les filaments réguliers. Une section de filament plus courte est également plus facile à contrôler avec précision, ce qui réduit les problèmes de cordage évidents dans les impressions 3D compliquées.

Mais sont-ils vraiment meilleurs ?

Les extrudeuses à entraînement direct facilitent en effet l'impression 3D avec des filaments flexibles, mais pratiquement tout le monde se plaint néanmoins de vilains problèmes de bande Z après la mise à niveau de Bowden vers l'entraînement direct extrudeuses. Ces gremlins se manifestent sous la forme de bandes laides qui traversent verticalement la surface d'impression et sont visibles le long de l'axe Z de l'imprimante 3D.

La gravité des bandes peut varier d'une imprimante à l'autre, mais elle se manifeste absolument dans toutes les extrudeuses à entraînement direct. J'ai personnellement utilisé cinq extrudeuses à entraînement direct différentes, chaque extrudeuse présentant ce problème à des degrés divers.

Et ce n'est pas seulement moi et quelques statistiques aberrantes confrontées à ces problèmes.

Le numéro 602 Wasteland

Les propriétaires d'imprimantes à entraînement direct Prusa ont eu un effondrement collectif lorsqu'ils ont réalisé que leurs machines coûteuses ne pouvaient pas égaler la qualité d'impression des imprimantes Ender-3 considérablement moins chères. Ce qui a commencé comme un rapport de bogue citant une extrusion de filament incohérente, a finalement engendré le tristement célèbre Numéro 602.

Josef Prusa, le propriétaire et fondateur de Prusa Research, a réagi en mobilisant son armée d'ingénieurs pour se pencher sur la question, mais le problème reste non résolu à ce jour. Il existe toute une communauté Discord, surnommée Le désert 602, où non seulement les passionnés d'imprimantes 3D déplorent et plaisantent sur le phénomène non résolu dans une égale mesure, mais certains tentent même de résoudre le problème.

En bref, les utilisateurs ne peuvent que se plaindre de ce phénomène une fois que les imprimantes 3D équipées d'une extrudeuse à entraînement direct atteignent une base d'utilisateurs suffisamment importante. Les propriétaires des imprimantes 3D Voron DIY très populaires (voir notre Guide du débutant Voron) connaissent ce phénomène comme Numéro 6. Vous trouverez des gens masquant l'incohérence d'extrusion révélatrice en prenant des photos sous des conditions favorables conditions d'éclairage, mais le problème est carrément visible une fois les impressions 3D prises au plafond éclairage.

Quelles sont les causes de ces problèmes d'extrusion à entraînement direct ?

Une fois que vous avez pris en compte les problèmes d'assemblage et de réglage incorrects, les principales théories de l'incohérence l'extrusion associée aux extrudeuses à entraînement direct se résume à l'extrudeuse "Dual Drive" de Bondtech engrenages. Ce sont exactement les mêmes pignons à coupe droite que l'on trouve dans pratiquement toutes les extrudeuses à entraînement direct utilisées dans les conceptions d'imprimantes 3D populaires de Prusa et Voron.

L'impression 3D YouTubers Design Prototype Test et MihaiDesigns ont fait un travail formidable pour réduire le problème aux engrenages d'extrudeuse de Bondtech, et les premiers enquête vaut le détour. Les deux YouTubers ont suggéré d'utiliser une conception d'engrenage d'extrudeuse hélicoïdale ou à chevrons pour éliminer le problème d'extrusion incohérente.

Au moment d'écrire ces lignes, ni Bondtech ni aucun autre fabricant d'extrudeuses n'ont encore mis sur le marché une conception améliorée.

Comment les extrudeuses Bowden sont-elles immunisées contre ces problèmes ?

Vous rappelez-vous comment nous avions rejeté les extrudeuses Bowden en illustrant comment leur conception d'alimentation en filament équivaut à pousser une corde dans un tuyau? Eh bien, avoir ce degré de jeu et le retard qui en résulte dans l'accumulation de pression de la buse, est parfait pour aplanir les incohérences d'extrusion résultant d'une mauvaise conception de l'engrenage de l'extrudeuse à entraînement direct.

Les mêmes défauts de conception qui empêchent les extrudeuses Bowden d'avoir des distances de rétraction plus courtes et un contrôle plus rapide et plus réactif sur la pression de la buse - également utile pour éviter que des artefacts d'extrusion incohérents ne se manifestent dans l'impression 3D réelle objets.

Jetez un coup d'œil à l'impression 3D propre (et à l'absence de bandes Z) obtenue à partir de mon stock d'imprimante Ender-3 équipée de l'extrudeuse Bowden, si vous trouvez cela difficile à croire. J'ai utilisé une demi-douzaine d'extrudeuses à entraînement direct différentes depuis lors, sans jamais pouvoir atteindre ce niveau de cohérence d'extrusion.

Sans surprise, certains propriétaires d'imprimantes 3D Voron ne jurent que par les extrudeuses Bowden et les utilisent pour cette raison. Cependant, cela comporte quelques mises en garde.

Devriez-vous « mettre à niveau » vers une extrudeuse Bowden ?

Vous ne devriez certainement pas le faire si vous prévoyez d'imprimer des filaments flexibles, qui ont absolument besoin du chemin de filament plus court d'une extrudeuse à entraînement direct. Ceux qui possèdent des imprimantes CoreXY rapides feraient également mieux de s'en tenir à leurs extrudeuses à entraînement direct.

Cela est particulièrement vrai s'ils ne veulent pas sacrifier la vitesse ou la fonction avancée d'avance de pression. Il est impossible pour les extrudeuses Bowden d'obtenir une régulation avancée de la pression des buses à des vitesses d'impression rapides. Vous avez absolument besoin d'une extrudeuse à entraînement direct pour imprimer rapidement avec l'avance de pression activée.

L'incohérence d'extrusion associée aux extrudeuses à entraînement direct n'est pas la fin du monde. L'impression additive n'est pas censée être esthétiquement propre pour commencer, donc une bande Z mineure est acceptable.

Cependant, si vous rencontrez des incohérences d'extrusion flagrantes, vous feriez mieux d'examiner d'autres causes probables telles que la régulation de la chaleur du lit, la liaison de l'axe Z et le débit du filament.

L'extrudeuse cycloïdale de Prusa XL à la rescousse

Tout le monde ne prend pas ce problème en position couchée. Prusa Research a apporté des changements radicaux à la nouvelle conception de l'extrudeuse utilisée dans la prochaine imprimante Prusa XL CoreXY, comme discuté en détail dans notre introduction à la Prusa XL. Beaucoup pensent que cette conception pourrait résoudre le problème n ° 602 qui continue de tourmenter les imprimantes à entraînement direct Prusa existantes.

Il est un peu prématuré d'espérer avec la Prusa XL, mais il vaut mieux continuer à utiliser les mêmes engrenages d'extrudeuse à entraînement direct Bondtech soupçonnés de causer les problèmes d'extrusion susmentionnés.

Problèmes d'extrudeuse à entraînement direct

Comme nous l'avons exploré, alors que les extrudeuses à entraînement direct facilitent beaucoup l'impression 3D avec des filaments flexibles, la mise à niveau vers une Bowden peut entraîner de vilains problèmes de bande Z.

J'ai personnellement fait la paix avec les incohérences d'extrusion mineures associées aux extrudeuses à entraînement direct dans afin de profiter des avantages de l'impression de filaments flexibles, de l'absence de cordage et de la possibilité d'imprimer vraiment vite. C'est une bonne affaire.

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