Pourquoi les imprimantes 3D sont-elles si lentes ?

L'impression 3D est devenue bon marché et fiable au fil des ans. Les matériaux adaptés aux débutants tels que le PLA et le PETG ont rendu la fabrication à domicile plus accessible qu'auparavant. Malheureusement, le processus d'impression 3D reste extrêmement lent, nécessitant dans de nombreux cas plusieurs jours d'impression.

Pourquoi les imprimantes 3D poursuivent-elles leurs activités à un rythme glacial, alors qu'elles sont disponibles pour les consommateurs depuis plus d'une décennie ?

La réponse réside dans les défis d'ingénierie et de production qui sous-tendent la viabilité commerciale de l'impression 3D. Jetons un coup d'œil à ces défis et à une technologie prometteuse qui pourrait rendre l'impression 3D plus rapide pour tout le monde.

Les bed-slingers n'aiment pas bouger vite

Le premier indice réside dans l'apparence d'une imprimante 3D grand public typique. La recherche d'imprimantes 3D sur Amazon donne des résultats qui semblent pratiquement impossibles à distinguer les uns des autres. C'est un sous-produit malheureux des imprimantes 3D grand public basées sur la conception Prusa i3. Il n'y a apparemment pas de meilleure approche pour fabriquer en masse des imprimantes bon marché. Malheureusement, cette quête de rentabilité se fait au détriment de la rapidité.

Jetons un coup d'œil au système de mouvement Prusa i3 pour comprendre pourquoi c'est le cas.

Votre 3D grand public moyen est bon marché principalement parce qu'il est simple. Cette simplicité s'étend également à leur système de mouvement. L'axe X, par exemple, comprend la tête d'impression se déplaçant le long d'une longueur d'extrusion d'aluminium à fente en V. L'axe Z, à son tour, déplace l'ensemble de l'axe X de haut en bas. Cela peut sembler beaucoup de poids, mais ce n'est pas une préoccupation majeure car les imprimantes 3D se déplacent rarement le long de l'axe Z et seulement une fraction de millimètre à la fois.

Cependant, la configuration de l'axe Y de ces imprimantes est définitivement sous-optimale. Ce pauvre axe est chargé de la tâche herculéenne de déplacer tout le lit, qui se trouve également être le composant le plus lourd d'une imprimante 3D. Pour imprimer rapidement, vous souhaitez idéalement que les composants mobiles soient aussi légers que possible. Il est déjà délicat de déplacer rapidement une tête d'impression pesant 150 grammes, tout en conservant une précision micrométrique.

Maintenant, imaginez faire la même chose avec un lit de 1,5 kg à la place. Sans surprise, les imprimantes 3D utilisant le design Prusa i3 sont familièrement appelées bed-slingers pour cette raison.

Que se passe-t-il lorsque vous imprimez rapidement de toute façon ?

Nous avons compris pourquoi votre imprimante 3D moyenne est lente. Mais que se passerait-il si nous devions désactiver les limites du micrologiciel sur la vitesse d'impression et l'accélération pour imprimer rapidement de toute façon? Le coût d'un déplacement trop rapide va au-delà de la mise à rude épreuve des moteurs pas à pas et de leur surchauffe. La qualité d'impression est la première victime dans la lutte entre un moteur faible et la masse tenace d'un lit lourd. Cela se manifeste par des sonneries ou des images fantômes causées par des vibrations excessives associées à une impression rapide.

Dans les cas extrêmes, les composants de l'imprimante 3D peuvent se détacher avec le temps. Bien qu'il soit facile de resserrer les vis, l'impression rapide sur le style Prusa i3 entraîne souvent une usure irréversible des composants de mouvement. Les plus touchés sont les rouleaux à fente en V bon marché utilisés dans le système de mouvement de ces imprimantes. Les roues en plastique qui courent le long des pistes en forme de V sur les extrusions en aluminium s'usent considérablement lorsqu'elles sont soumises à des vitesses d'impression rapides.

L'imprimante 3D typique basée sur la conception Prusa i3 ne peut pas imprimer rapidement avec un quelconque degré de qualité ou de fiabilité à long terme. Mais qu'en est-il des imprimantes basées sur des conceptions différentes. Il devrait y avoir des alternatives viables adaptées à l'impression rapide, n'est-ce pas ?

Imprimantes Delta: bon marché et rapides, mais imprécises

Les imprimantes 3D Delta sont conçues dès le départ pour être rapides. Leur tête d'impression légère est plus rapide et plus contrôlable en raison de son élan intrinsèquement plus faible. De plus, la conception Delta utilise moins de composants que son homologue lit-slinger, ce qui la rend encore moins chère à fabriquer. Les imprimantes bon marché et rapides sonnent parfaitement, mais alors pourquoi n'en voyons-nous pas assez?

Les imprimantes basées sur la conception Delta font beaucoup de compromis dans leur quête de vitesse. Leurs têtes d'impression compactes et légères rendent impossible la mise en œuvre d'une extrudeuse à entraînement direct. Apprenez-en plus sur cette technologie dans notre guide de l'extrudeuse à entraînement direct. Pendant ce temps, cette restriction de l'extrudeuse Bowden uniquement rend les imprimantes Delta incapables de gérer les filaments flexibles, ce qui nuit à leur polyvalence.

Cependant, leur plus gros compromis se présente sous la forme d'une qualité d'impression réduite, en particulier lors de l'impression de grands modèles étalés horizontalement. De plus, la qualité d'impression de surface obtenue par un Delta n'est pas comparable à celle des bed-slingers. Ceci est encore exacerbé par le lit circulaire qui limite le volume de construction et leur propension générale à exceller uniquement dans les impressions hautes.

Ces limitations sont suffisamment sévères pour que l'industrie de l'impression 3D grand public ait relégué les imprimantes Delta à un créneau malgré leur vitesse et leur rentabilité impressionnantes.

Imprimantes CoreXY: la vitesse a un prix

Les imprimantes les plus rapides du marché sont basées sur la cinématique CoreXY, comme expliqué dans notre guide du débutant sur les imprimantes 3D Voron. Il s'agit d'un système de mouvement sophistiqué où le lit est en grande partie stationnaire, mais la tête d'impression nettement plus légère est déplacée à une vitesse fulgurante. Contrairement aux imprimantes Delta, la conception CoreXY maintient la qualité tout en permettant l'utilisation d'extrudeuses à entraînement direct.

Le seul problème est que l'extrême complexité et les coûts élevés impliqués rendent ces imprimantes non viables pour l'impression 3D grand public. En tant que telles, les imprimantes CoreXY restent limitées à des projets open source de niche destinés aux passionnés d'impression 3D. Ce n'est pas surprenant compte tenu du fait que l'imprimante 3D CoreXY moyenne coûte entre 1 000 $ et 2 000 $ en pièces seules.

Les fabricants d'imprimantes 3D grand public n'ont toujours pas trouvé comment rendre cette technologie suffisamment abordable et accessible pour les utilisateurs grand public.

La vitesse est un luxe que les imprimantes 3D ne peuvent pas se permettre

Pour résumer, l'impression 3D rapide est une affaire coûteuse. Vous pouvez soit avoir une imprimante Delta bon marché qui va vite au détriment de la qualité et du volume de construction, soit dépenser une fortune pour une machine CoreXY. Aucun de ces extrêmes ne plaît aux consommateurs.

Et c'est pourquoi pratiquement toutes les imprimantes 3D grand public sont basées sur le design Prusa i3. Ces imprimantes peuvent être lentes, mais elles offrent néanmoins un bon équilibre entre prix, fonctionnalités et performances. La vitesse est une victime malheureuse de la fabrication d'imprimantes 3D attrayantes pour le marché de masse.

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