- Lorsqu’on fabrique des pièces fonctionnelles en FDM/FFF, il faut raisonner différemment de la conception pour l’usinage classique ; l’essentiel est de concevoir une géométrie qui concilie résistance, tolérances, imprimabilité et coût.
- L’environnement de référence est une imprimante FFF courante avec une buse de 0,4 mm et une hauteur de couche de 0,2 mm, avec pour objectif une conception portable qui ne dépende pas du réglage fin d’une machine particulière.
- La résistance dépend davantage de l’orientation d’impression, des coques périphériques, des grandes sections et des congés — autrement dit du cheminement des charges et de la répartition de la matière en surface — que d’un remplissage à 100 %.
- Les tolérances et la qualité de surface dépendent fortement du choix de la géométrie ; pour les trous horizontaux, trous verticaux et logements à ajustement serré, mieux vaut envisager une forme en goutte d’eau, un toit plat, des trous hexagonaux ou carrés, ou encore des crush ribs, plutôt que de s’obstiner à faire du circulaire.
- Pour réduire le retrait des supports et le temps d’assemblage, il faut concevoir dès le départ le découpage des pièces, les couches sacrificielles, le bridging séquentiel, l’intégration de fonctions, ainsi que les heat-set inserts, écrous intégrés et autres éléments matériels embarqués.
Périmètre de conception et hypothèses de base
- Le sujet concerne l’impression FDM/FFF, et nombre de règles sont adaptées aux contraintes de ce procédé ; elles ne s’appliquent donc pas telles quelles aux autres formes de fabrication additive.
- L’accent est mis sur les pièces fonctionnelles plutôt que sur l’esthétique.
- Les propriétés mécaniques doivent être bonnes.
- L’impression doit être facile.
- La pièce ne doit pas exiger beaucoup de micro-ajustements de l’imprimante.
- En production en série, le post-traitement et le gaspillage de matière doivent rester limités.
- L’objectif de conception est un équilibre entre résistance, procédé de fabrication et coût.
- Adapter la géométrie aux efforts à transmettre ou à supporter.
- Réduire la difficulté d’impression par de petites modifications géométriques.
- Diminuer la consommation de matière et le temps d’impression.
- Là où les développeurs d’imprimantes et de slicers cherchent à mieux imprimer toutes les formes possibles, le concepteur ajuste la géométrie de la pièce pour qu’elle fonctionne bien avec le procédé de fabrication actuel.
- Un modèle destiné au partage doit viser une portable design facile à imprimer même sur des machines bon marché, plutôt que de reposer sur les tolérances serrées d’une imprimante haut de gamme spécifique.
Profil d’imprimante de référence
- Les valeurs numériques recommandées se fondent sur le profil d’imprimante standard suivant.
- buse de 0,4 mm
- hauteur de couche de 0,2 mm
- absence d’écarts dimensionnels importants dus à des erreurs de réglage des steps/mm, et skew entre axes négligeable
- vitesse d’impression correctement réglée, même si quelques artefacts comme un léger overshoot et du ringing peuvent subsister
- bridging stable sur des distances raisonnables
- overhangs bien imprimés
- sauf géométries extrêmes, adhérence au plateau sans problème notable
- Cette hypothèse sert de base pour conserver une conception portable sans supposer des performances matérielles excessives.
Conception de la résistance des pièces
- Comme les pièces FFF sont partiellement creuses à l’intérieur et construites par couches, elles ne se comportent pas comme un bloc de plastique homogène.
- En raison du procédé de fabrication par couches, elles présentent une anisotropie : leurs propriétés mécaniques varient selon la direction.
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Orientation d’impression et charges
- La règle la plus importante consiste à orienter la pièce de sorte que la traction soit parallèle au plan d’impression.
- Les pièces imprimées sont nettement plus faibles en traction lorsqu’elle tend à séparer les couches.
- D’après les tests de My Tech Fun, on peut obtenir une résistance environ 3 fois supérieure dans l’orientation idéale.
- Comme la flexion génère elle aussi de la traction dans une partie de la section, le moment fléchissant doit également être aligné parallèlement au plan d’impression.
- Des formes qui se plient de manière répétée, comme un clip, cassent facilement si l’orientation est mal choisie.
- Lors du partage d’un modèle sur des plateformes comme Printables, il est préférable de fournir le fichier dans la bonne orientation d’impression afin que l’utilisateur puisse l’imprimer directement.
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Quand une seule orientation ne suffit pas
- Si une pièce complexe n’a pas d’orientation idéale pour toutes les charges, on peut la diviser en plusieurs morceaux.
- Chaque morceau est alors imprimé séparément dans son orientation optimale.
- Des joints comme le dovetail joint s’impriment bien dans plusieurs orientations et sont utiles pour l’assemblage.
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Surface et section plutôt que remplissage
- Un remplissage à 100 % peut augmenter la résistance, mais ce n’est pas une solution efficace.
- Une grande partie de la matière ajoutée ne contribue pas réellement à la résistance et ne fait qu’augmenter le temps d’impression et la consommation de matériau.
- Beaucoup de pièces subissent des moments fléchissants plutôt qu’une traction ou une compression pure, et les contraintes sont plus fortes près des surfaces éloignées de l’axe neutre.
- En impression 3D, augmenter le nombre de périmètres/coques est généralement plus efficace pour la résistance que d’augmenter le taux de remplissage.
- Il faut concevoir la pièce pour que les efforts suivent un chemin aussi court et direct que possible.
- Les angles vifs concentrent les contraintes, tandis que les congés rendent le chemin des efforts plus direct, ce qui favorise la résistance.
- En conception mécanique traditionnelle, on réduit la section pour économiser de la matière et du poids ; en impression 3D, comme l’intérieur est en grande partie vide, augmenter la section n’entraîne pas forcément une forte hausse de la consommation de matière.
- Comme c’est davantage la surface qui influence la quantité de matière utilisée, une section carrée aux mêmes dimensions extérieures qu’une poutre en I peut être aussi résistante, voire plus, tout en demandant moins de temps d’impression.
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Simulation et impressions d’essai
- Les pièces FFF sont hétérogènes à cause des shells et de l’infill, ce qui rend difficile l’estimation réaliste de la charge limite avec les simulations de résistance traditionnelles.
- L’analyse des contraintes peut servir à repérer les zones à surveiller, mais elle convient mal à l’obtention de charges limites précises.
- Comme le coût de prototypage en impression 3D est faible, il peut être économiquement judicieux d’imprimer réellement quelques exemplaires pour vérifier les propriétés mécaniques.
- Corriger la précision dimensionnelle uniquement à l’aide d’impressions de test demande de la prudence, car cela dépend d’une imprimante donnée et des réglages du slicer.
- La topology optimization peut être utile pour d’autres procédés de fabrication additive, mais avec les outils actuels il est difficile d’obtenir des géométries réellement optimales pour le FFF, et elles s’impriment souvent mal.
Tolérances et qualité de surface
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Choisir entre chamfer et fillet
- Le chamfer est plus adapté aux arêtes parallèles au plan d’impression
- Un fillet peut créer au départ un surplomb très abrupt, et un fillet supérieur rend les marches de couche plus visibles, ce qui dégrade la qualité de surface
- Un chamfer crée un angle de surplomb constant, produisant des marches de couche plus régulières
- Le fillet est plus adapté aux arêtes perpendiculaires au plan d’impression
- La tête d’impression n’a pas besoin de négocier des angles vifs, ce qui réduit les artefacts de surface comme le ringing et l’overshoot
- Un chamfer crée deux angles vifs, ce qui peut nuire aux tolérances et à l’aspect visuel
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Trous et seam
- Les trous circulaires horizontaux posent davantage de problèmes, car leur partie supérieure devient un surplomb abrupt
- Pour les petits trous, une forme en goutte d’eau à 90° fonctionne bien ; pour les grands trous, on peut rendre la partie supérieure plate, comme un toit
- Comme un bridge peut légèrement s’affaisser, il faut prévoir un jeu supplémentaire sous le toit
- Les trous circulaires verticaux peuvent voir leurs tolérances varier à cause de la perimeter seam
- Même si le reste de la circonférence reste dans une tolérance inférieure à 0,1 mm, un artefact de seam peut créer une surépaisseur de l’ordre de 0,4 mm
- Si la seam apparaît à un seul endroit, l’axe central du trou peut aussi se décaler
- On peut donner aux trous verticaux une forme en goutte d’eau avec des angles de 120° pour éviter que la seam n’interfère avec la partie fonctionnelle circulaire
- Si d’autres parties fonctionnelles sont sensibles à la seam, on peut ajouter une petite encoche pour donner au slicer le coin le plus vif où cacher la seam
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Tolérances FFF réalistes
- Au lieu d’imposer une tolérance que telle ou telle imprimante devrait atteindre, le concepteur doit accepter les tolérances propres au procédé de fabrication et concevoir en conséquence
- On part du principe que l’imprimante est bien calibrée
- Un mauvais réglage des steps/mm crée une erreur proportionnelle constante sur les dimensions d’un axe, et la conception ne doit pas compenser ce défaut
- La résolution théorique par pas des imprimantes récentes est d’environ 0,01 mm, mais dans les erreurs dimensionnelles réelles, d’autres facteurs pèsent davantage
- Les angles vifs exigent de fortes accélérations de la tête d’impression, ce qui peut dégrader les tolérances
- Avec une imprimante FFF grand public, une buse de 0,4 mm et une hauteur de couche de 0,2 mm, considérer un écart de ±0,1 mm par surface est une base prudente
- Sur les trajectoires circulaires, l’effet de traction du cordon extrudé par la buse tend à rétrécir les cercles
- Pour les trous circulaires internes, il faut s’attendre à un écart dans le sens d’un diamètre plus petit ; les diamètres circulaires externes peuvent aussi diminuer, mais moins que les diamètres internes
- Sur les grandes dimensions, warping et shrinkage pendant le refroidissement deviennent plus importants que la tolérance propre de l’imprimante
- Le warping dépend fortement du matériau, et diminue avec des formes volumineuses, aux arêtes moins vives, et aux surfaces lisses et arrondies
- La forme idéale est une sphère
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Quand la précision est nécessaire
- La goldilocks approach, qui consiste à trouver par des impressions de test les cotes CAD qui tombent juste, peut offrir d’excellentes tolérances grâce à une forte répétabilité
- Son inconvénient est de dépendre fortement d’une imprimante donnée et des réglages du slicer, ce qui réduit la portabilité du design
- Si l’on ne peut pas rendre quelque chose précis, une alternative consiste à le rendre réglable
- Un oblong hole permet d’ajuster la position avec une vis, mais les réglages fins de moins de 1 mm sont difficiles
- Une opposing screw convient bien pour de petits réglages en hauteur, mais elle exige un accès des deux côtés et reste pénible à ajuster
- Une grub screw travaillant contre un spring ou une flexure facilite les réglages dans les deux sens
- Une cale en spring steel convient aux petits ajustements modifiés rarement, mais une cale imprimée en 3D peut voir sa précision dégradée par les défauts de surface lorsqu’elle est très fine
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Engineering fit et emmanchement à force
- Les systèmes d’ajustement traditionnels comme l’ISO 286 sont utiles quand on peut usiner avec des tolérances précises, mais en impression 3D ils sont le plus souvent difficiles à appliquer tels quels
- Si un ajustement vraiment serré est nécessaire, on peut reprendre un trou à l’alésoir pour obtenir un fit de type H6, mais l’effort est important sauf si c’est indispensable
- Pour un clearance fit, il suffit que le jeu entre les deux pièces soit supérieur à deux fois la tolérance de l’imprimante
- Pour un interference fit, l’effort d’assemblage varie fortement selon la tolérance, et dans le pire des cas le joint peut casser
- Pour les trous destinés à un emmanchement à force, des trous hexagonaux ou carrés sont plus tolérants que des trous circulaires
- Un trou circulaire doit augmenter toute sa circonférence, ce qui conduit facilement à la rupture du matériau, tandis qu’une forme hexagonale ou carrée peut accepter un plus grand diamètre par flexion et permet aussi de cacher la seam dans les coins
- Pour les emmanchements à force de grand diamètre, on peut utiliser des crush ribs
- Lors de l’assemblage, les ribs se déforment plastiquement et absorbent les tolérances ; il est plus facile de limiter la force en déformant de petits ribs plutôt que toute la surface de contact
- Les crush ribs conviennent à un press fit monté une seule fois, car la force de maintien diminue fortement après démontage et remontage
- À titre d’exemple, de bons résultats ont été obtenus avec des crush ribs 0,2 mm plus petits et un bore 0,4 mm plus grand
- Pour un press fit destiné à des assemblages répétés, des grip fins fondés sur une déformation élastique sont plus adaptés
Optimisation du procédé d’impression
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Réduire le support material
- Le support material sert d’échafaudage pour imprimer des formes en porte-à-faux, mais il implique un post-traitement pour le retrait, du gaspillage de matériau supplémentaire, et une dégradation des tolérances ainsi que de la qualité de surface sur les surfaces supportées
- La priorité est donc de modifier la géométrie dès la phase de conception pour éviter d’avoir besoin de supports
- L’orientation d’impression influe fortement non seulement sur la résistance, mais aussi sur le besoin de supports
- L’orientation favorable à la résistance peut entrer en conflit avec celle qui évite les supports
- Si l’on imprime une forme rectangulaire inclinée d’environ 45° au lieu de l’aligner sur les axes de l’imprimante, on peut éviter les longs bridges ou les supports et obtenir une qualité de surface plus homogène
- Dans ce cas, la stabilité d’impression peut diminuer et un brim peut être nécessaire
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Découpage des pièces et surplombs internes
- Si aucun sens d’impression ne permet d’éviter les supports, on peut envisager de diviser la pièce en plusieurs éléments
- C’est un compromis entre le post-traitement lié aux supports et la complexité de l’assemblage
- Pour une conception unique ou de petite série, un assemblage un peu plus complexe peut se justifier
- Avec un upside-down counterbore, le trou central empêche un bridge de fonctionner directement, et si l’on ajoute du support il devient difficile à retirer à l’intérieur du trou
- Une couche sacrificielle consiste à fermer tout le trou par un bridge d’une seule couche pour soutenir le petit trou supérieur, puis à l’enlever après impression au couteau ou au foret
- L’overhanging counterbore trick permet de réaliser un counterbore sans post-traitement
- couper le counterbore jusqu’à la profondeur souhaitée
- sur une couche, ne laisser que les bridges gauche et droit en évitant l’inner hole
- sur la couche suivante, ne laisser que les bridges perpendiculaires
- puis imprimer l’inner hole circulaire sur ces petits bridges
- Cette méthode a aussi ses limites quand le diamètre augmente
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Sequential bridging et minimisation de la surface
- Le sequential bridging, qui consiste à poser un bridge au-dessus d’un autre bridge, permet de créer des formes complexes sans support
- Le microscope OpenFlexure est un exemple qui utilise largement cette méthode
- Pour un grand bridge, il vaut mieux empiler quelques couches afin d’obtenir assez de rigidité et de temps de refroidissement plutôt que de poser immédiatement la structure supérieure
- Les découpes destinées à économiser de la matière dans une logique traditionnelle peuvent au contraire augmenter la consommation de matériau et le temps d’impression en impression 3D
- Comme le matériau est surtout consommé sur les surfaces, il faut privilégier des formes à surface réduite, épaisses et volumineuses
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Adhérence au plateau et impression en volume
- En production de nombreuses pièces, il faut ajuster la surface de contact avec le plateau
- Si elle est trop petite, la pièce peut basculer pendant l’impression ; si elle est trop grande, il devient difficile de la retirer après impression
- Au lieu d’un brim, on peut intégrer directement des mouse ears dans la géométrie CAD
- Les mouse ears réduisent les problèmes d’adhérence au plateau, évitent de devoir les ajouter ensuite dans le slicer, et peuvent aussi alléger le post-traitement
Intégration des fonctions
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Avantages et inconvénients de l’intégration des fonctions
- L’intégration des fonctions est une approche de conception qui consiste à faire en sorte qu’une seule pièce remplisse autant de fonctions que possible afin de réduire le nombre de pièces
- L’impression 3D s’y prête bien, car la complexité géométrique a peu d’impact sur le coût de fabrication
- Si l’on met toutes les fonctions dans une seule pièce, le choix de l’orientation d’impression se restreint, et la résistance, les tolérances ainsi que la liberté de forme peuvent en pâtir
- Lors des itérations de conception, il faut réimprimer à chaque fois un grand modèle, et en cas de panne, remplacer une pièce plus volumineuse
- Il est aussi possible de conserver certaines fonctions dans des pièces séparées pour faciliter le prototypage ou la réparation
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zip tie channeletflexure- Ajouter un petit zip tie channel à la surface d’une pièce permet de fixer des câbles ou des fils
- Un zip tie channel doit être conçu en tenant compte de l’orientation d’impression ; si les périmètres ne pontent pas le canal, la zone devient fragile et le pont peut se déchirer
- Une flexure est un élément de conception qui intègre le mouvement en exploitant l’élasticité de la pièce
- Elle convient bien à l’impression 3D, car elle nécessite des formes fines
- Pour de grands déplacements, une flexure fine est souvent préférable à une flexure épaisse, et l’on peut augmenter la force en empilant plusieurs flexures fines en parallèle
- La course peut être augmentée en allongeant la pièce ou en lui donnant une forme en serpent
- Une flexure doit être conçue pour éviter toute déformation plastique en usage, et des butées mécaniques (
hard stop) doivent empêcher les mouvements excessifs et la casse
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clip,living hinge,print-in-place- Un clip permet d’assembler des pièces sans élément de fixation supplémentaire, ce qui en fait une solution courante en conception pour impression 3D
- Dans la conception d’un clip, il est important d’équilibrer la course, la force de maintien, la taille de la forme et l’orientation d’impression
- Un clip fabriqué à travers les couches peut être très fragile
- Il est souvent préférable de limiter le déplacement et de compter davantage sur la force de maintien
- Un
form-locking clipdoit prévoir un espace permettant de le libérer avec un outil comme un tournevis - Une living hinge est une charnière qui fonctionne par déformation du plastique plutôt que par rotation autour d’un axe séparé
- Pour qu’une fine feuille de plastique se déforme de manière stable, la charnière doit être posée à plat sur le plateau d’impression, et une living hinge créée par couche pontée (
bridge layer) offre de mauvaises performances - Un mécanisme
print-in-placeconsiste à imprimer en une seule fois plusieurs pièces imbriquées, sans assemblage - Cela permet de créer des articulations impossibles à assembler après impression, mais la complexité de conception est élevée et l’orientation imposée rend l’évitement des supports ainsi que la conception de la résistance plus difficiles
- On peut ajouter une
break-away surfacepour soutenir des formes en porte-à-faux - Une
clearanced’environ 0,3 mm entre les éléments imbriqués semble imprimable par la plupart des imprimantes actuelles
Éléments mécaniques au-delà du plastique
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Assemblage par vis
- L’assemblage vissé dans des pièces plastiques imprimées en 3D se comporte différemment d’un assemblage métallique
- Dans un joint métal-métal, la précharge (
preload) provient de l’allongement de la vis, mais dans un thermoplastique imprimé en 3D, la pièce est bien moins rigide que la vis, si bien que l’essentiel de la précharge provient de la compression du plastique - Si l’on cherche à atteindre la précharge nécessaire, on peut rapidement atteindre la limite d’élasticité de la pièce imprimée et provoquer une déformation
- Cela suffit souvent pour des charges statiques, mais pour des charges dynamiques comme les vibrations ou les chocs, un blocage de vis peut être nécessaire
lock nutthreadlocking adhesive
- Il est préférable de concevoir des vis aussi longues que possible
- Une vis longue facilite une précharge où la pièce travaille en compression plutôt qu’en traction, et comme il faut tourner davantage pour trop serrer, le risque de
overtightenaccidentel diminue
-
Choix du
threaddans une pièce imprimée- Il est possible de réaliser un filetage dans une pièce imprimée avec un taraud (
thread tap) - Cette méthode convient aux conceptions rapides et aux assemblages peu réutilisés, mais les filetages plastiques s’abîment facilement en cas de
overtighteninget se prêtent mal aux assemblages répétés - Les grands filetages de M8 et plus peuvent aussi être modélisés en CAD puis imprimés, mais la qualité n’est pas toujours bonne
- Le rib thread forming combine le concept de
crush ribavec une visserie standard - La vis déforme la nervure pour créer son propre filetage, ce qui convient à des filetages peu réutilisables sans post-traitement
- Un heat-set threaded insert consiste à intégrer dans la pièce un filetage métallique solide et réutilisable
- Il est plus robuste qu’un filetage plastique, résiste mieux au
overtighteninget supporte bien les assemblages répétés - Il peut être difficile à utiliser de manière fiable dans les structures où la vis s’insère par l’arrière
- Un embedded nut est une alternative économique consistant à intégrer un écrou standard dans la pièce imprimée
- Il convient bien aux
through-jointsutilisant de longues vis, et peut être inséré via unesideface cutoutou unebackface hex pocket - L’écrou peut tomber pendant l’assemblage ; on peut aussi l’insérer en cours d’impression pour l’emprisonner, mais cela augmente la complexité de l’impression et de l’assemblage
- Dans la plupart des cas, la résistance du filetage dépasse les exigences de conception, et d’autres facteurs deviennent plus importants
- Il est possible de réaliser un filetage dans une pièce imprimée avec un taraud (
-
dowel pinet quincaillerie intégrée- Un
dowel pinest un élément standard de la conception mécanique traditionnelle permettant de positionner des pièces avec précision et de manière répétable - En impression 3D, cette précision est moins souvent nécessaire à cause des tolérances, et les ajustements techniques (
engineering fit) pour obtenir le bon serrage du pion sont difficiles à réaliser, ce qui limite son usage - Si nécessaire, des trous hexagonaux, des
crush ribou du post-traitement peuvent servir d’alternatives - L’insertion de quincaillerie pendant l’impression suit généralement les étapes suivantes
- prévoir dans la conception une cavité (
cavity) pour la pièce - définir dans le slicer une pause juste avant la couche qui referme la cavité
- insérer la quincaillerie pendant la pause
- reprendre l’impression pour enfermer la pièce à l’intérieur
- prévoir dans la conception une cavité (
- Parmi les exemples figurent le
Modern Gridfinity Caseavec feuille de PETG transparente, untrapped fastener, un aimant et une maille métallique - La quincaillerie intégrée permet d’éviter des assemblages ou moyens de fixation supplémentaires, mais elle a généralement l’inconvénient d’être difficile à retirer ou remplacer sans destruction
- Un
-
Imprimer sur du tissu
- Intégrer du tissu à une pièce imprimée permet de créer des pièces souples, utilisées notamment pour les wearables ou le cosplay
- La méthode courante consiste à mettre l’impression en pause après 2 à 3 couches, à poser un tissu de type tulle sur les premières couches, puis à reprendre l’impression
- Les nouvelles couches fusionnent avec les couches inférieures, ce qui fixe chaque élément imprimé au tissu
- La disposition et la forme des éléments imprimés solides permettent de régler la flexibilité du résultat
Conception de l’apparence et de la surface
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Formes complexes et shadow line
- En impression 3D, ajouter des formes de surface complexes n’augmente pas fortement le coût de fabrication, la principale contrainte restant le temps de conception
- Tant qu’on respecte les contraintes d’overhang et de support, il n’y a aucune raison de rester limité aux formes traditionnelles de pièces fonctionnelles faites surtout de lignes droites et d’angles droits
- Les formes complexes ou organiques sont utiles non seulement pour l’esthétique, mais aussi pour la conception ergonomique
- Il est possible de créer une shadow line sur l’edge où deux pièces se rejoignent
- Des surfaces directement en contact peuvent faire paraître la seam irrégulière à cause des défauts de surface
- Créer un grand gap constant et cacher le véritable contact mécanique derrière un petit lip permet d’obtenir une apparence plus uniforme
- Si une protection contre la poussière est nécessaire, on peut ajouter un lip intérieur pour former une sorte de labyrinth seal
- Même pour des pièces qui s’emboîtent avec un angle, comme un lid et une box, on peut créer une shadow line à l’aide d’un offset constant et d’une alignment rib interne
-
Texture de surface et texte
- Les surfaces verticales en impression 3D font fortement ressortir les layer lines
- Des print beds spéciaux, comme une textured steel sheet, peuvent améliorer la texture de la face inférieure, mais cela ne s’applique qu’à une seule face d’une pièce
- Pour donner un aspect plus uniforme à toutes les faces, on peut faire pivoter la pièce en diagonale par rapport au print bed
- Le fuzzy skin est une fonction qui ajoute de l’irrégularité au perimeter de chaque layer afin de rendre les layer lines moins visibles
- Lorsqu’il est correctement réglé, il améliore aussi le toucher, ce qui le rend très utilisé pour les grips et les handles
- Il est facile d’ajouter du texte ou des symboles à une pièce imprimée
- Dans les grandes conceptions, imprimer le part number et l’index de révision permet de réduire les confusions
- Pour le texte, l’engraving donne un résultat plus propre que l’embossing, et l’écart devient plus visible à mesure que la taille des caractères diminue
- Le texte offre le meilleur niveau de détail lorsqu’il est placé perpendiculairement à la face d’impression, car il est alors imprimé comme une partie des perimeter lines
- La plupart des imprimantes peuvent imprimer sans problème du texte avec une largeur de trait minimale de 0,6 mm et une profondeur d’engraving de 0,5 mm
Conception pour le vase mode
- Le vase mode imprime une coque creuse avec une seule perimeter line, en déposant le filament en spirale tout en augmentant progressivement la hauteur Z au lieu de procéder par layers distincts
- Ses avantages sont les suivants
- 100 % du temps d’impression est consacré à l’extrusion
- Il n’y a pas de seam entre les layers
- L’imprimante ne s’arrête pas, ce qui évite les problèmes de stringing
- Il faut moins de plastique pour exprimer la forme de la pièce, ce qui accélère l’impression
- La consommation de filament diminue, ce qui permet de fabriquer des pièces plus légères
- Son inconvénient est l’absence de support interne, ce qui rend la pièce très instable
- Pour la résistance d’une pièce en vase mode, la forme de surface est l’élément le plus important
- Les surfaces plates ou qui ne se courbent que dans une seule direction sont les plus faibles
- Les formes complexes peuvent offrir une résistance supérieure
- Le beading pattern est un motif qui rend plus rigides les pièces fines de type sheet material, et il peut être utilisé pour augmenter la rigidité des pièces en vase mode
- On peut aussi voir le vase mode comme une manière de contrôler avec précision la trajectoire d’extrusion de l’imprimante
- Il est possible de créer des formes qui ne ressemblent pas à des pièces classiques en vase mode, comme le stackable tray de FPacheco
- On conserve l’avantage des 100 % de temps d’impression utile du vase mode
- Pour des pièces destinées à une production en grand volume, l’impact peut être important
Manière d’appliquer les règles
- Ces règles de conception peuvent servir de bonnes valeurs par défaut, mais ce ne sont pas des lois absolues
- Selon le contexte, d’autres choix peuvent être préférables, et le concepteur doit juger en tenant compte à la fois des charges, des tolérances, de l’imprimabilité, de l’assemblage, de la réparation et du coût
- S’il y a suffisamment d’intérêt, il est aussi envisagé de faire évoluer cela vers un open-source book que plusieurs personnes pourraient enrichir et modifier
3 commentaires
Parmi les documents que j’ai vus, celui-ci me semble vraiment faire partie des rares à contenir des informations avancées de grande qualité. Quel bonheur de pouvoir lire ce genre de contenu en français..
Pour les vis, malheureusement, comme je débute encore, j’utilise une méthode transmise de façon empirique autour de moi : au lieu de former le filetage, je crée un cylindre d’environ 0,4 mm plus étroit que le diamètre de la vis, puis j’ajoute à l’entrée un chanfrein court avec un angle prononcé. Qu’en pensez-vous ?
Par exemple, pour une M3, j’utilise un trou de 2,6 mm, avec à l’entrée un chanfrein de 80° sur 0,3 mm de longueur. En SLA, je prévois une épaisseur de paroi d’au moins 2 mm pour le cylindre, et pour le FDM, je ne connais pas bien les spécifications de la personne qui a imprimé la pièce, mais cela a aussi fonctionné en FDM.
Ce ne sont pas des pièces soumises à une forte résistance mécanique ou à des efforts importants, c’est plutôt proche d’un simple assemblage fixe, mais vu qu’elles sont restées intactes même après être tombées plusieurs fois, cela m’a semblé étonnamment correct.🤔
Sauf s’il s’agit d’une pièce qui doit être démontée et remontée en continu, j’ai l’impression qu’il n’y a pas vraiment de problème, même à visser une vis dans un simple montant, à condition de faire attention aux risques de séparation selon l’orientation des couches.
Quand des démontages et remontages répétés sont nécessaires, il me semble préférable d’utiliser un insert plutôt que d’imprimer directement le filetage.
Dans l’onglet des avis,
« Pour créer directement un filetage dans une pièce imprimée, les vis à bois sont efficaces.
Les vis à bois peuvent créer leur propre filetage sans taraudage préalable.
En imprimant en PETG, la résistance est suffisante, mais avec le PLA, des fissures peuvent apparaître dans les trous parallèles aux couches. »
Je partage tout à fait cet avis sur ce point.
Avis de Hacker News
Excellent article. Il dépasse de loin le niveau moyen des pièces publiées sur Thingiverse ou Printables, mais les bonnes pièces finissent par suivre des idées similaires.
Les mouse ears, les trous à emmanchement serré et l’alignement progressif couche par couche pour créer des ponts qui semblent impossibles sont particulièrement réussis.
Dans Fusion 360, tout cela serait probablement conçu en mode « plastics », et il est intéressant de constater que ce mode ne se soucie absolument pas de savoir si la pièce est imprimée ou moulée.
En PCB, j’ai vu des contrôles stricts de règles de conception, et j’ai aussi vu des macros pour la tôlerie, mais je n’ai pas encore vu de cas où un logiciel de CAO mécanique généraliste prend en charge une conception tenant compte de la production, qui limite la conception en fonction des capacités d’équipements standard.
https://github.com/WillAdams/gcodepreview
L’outil nécessaire est https://pythonscad.org/, et j’ai pu implémenter la plupart de ce que j’ai essayé jusqu’ici.
Je suis en train de finaliser un module d’assemblages qui devrait permettre de fabriquer presque n’importe quelle structure en bois, et le métal ne devrait pas être très différent. J’avais aussi réalisé auparavant, comme preuve de concept, un programme de filetage par usinage.
Je ne sais pas encore clairement à quoi cela ressemblera ni comment cela s’intégrera dans le flux de travail.
Avec les bonnes extensions, on peut aussi définir des règles de conception de type EDA pour les pièces moulées par injection.
Il existe également plusieurs logiciels dédiés à l’analyse de conception pour le moulage par injection, mais leur prix est très loin de ce qu’un amateur peut envisager.
Mais la conception finale de pièces 3D est trop non déterministe, et les méthodes de fabrication sont si variées et spécifiques, que cela pourrait créer plus de problèmes que de gains.
L’ingénieur doit comprendre comment la pièce sera fabriquée, discuter avec un machiniste s’il ne le sait pas, et arbitrer entre complexité de conception et exigences d’ingénierie.
Article impressionnant. Encore une fois, vraiment impressionnant.
Cela fait 7 ans que je manipule des imprimantes 3D, et pendant la pandémie j’en ai même assemblé une moi-même à la maison. Certains des sujets expliqués ici, je les avais déjà découverts par la pratique, et la plupart des personnes ayant de l’expérience en impression 3D les ont probablement appris de la même façon.
Mais avoir étudié, organisé et expliqué tout cela à ce niveau est vraiment remarquable. Et en plus, l’article couvre encore beaucoup de sujets qu’il me reste à apprendre.
Article fantastique. Il résume proprement plusieurs astuces acquises au fil des années.
Une autre astuce utile pour réduire la matière d’une impression consiste à ne pas imprimer certaines surfaces du tout. La majeure partie de la masse d’une pièce imprimée se concentre dans les parois externes ; si les surfaces supérieure ou inférieure ne sont pas importantes pour la fonction de la pièce, on peut supprimer l’une des deux.
Le slicer peut quand même remplir le volume délimité par ces surfaces avec une structure de remplissage, et avec des motifs de remplissage plans comme rectiligne, hexagonal ou triangulaire, le résultat peut être assez esthétique. Cela fonctionne particulièrement bien pour les pièces globalement plates.
J’utilise au quotidien deux pièces en TPU imprimées de cette manière : une coque de téléphone [0] et une sangle de soulagement de pression pour casque [1].
[0] https://www.printables.com/model/615154-google-pixel-8-case
[1] https://www.printables.com/model/577575-hifiman-comfort-stra...
C’est le meilleur article sur l’impression 3D publié sur HN ces dernières années.
Beaucoup des considérations de conception décrites ici relèvent des mécanismes flexibles.
https://en.wikipedia.org/wiki/Compliant_mechanism
https://www.youtube.com/results?search_query=compliant+mecha...
Excellents conseils. Le fait que, depuis l’arrivée de Bambu, les outils comme les slicers et les imprimantes de type CoreXY aient tous amélioré leur utilisabilité aide aussi tout le domaine à aller vers une ambiance où il suffit tout simplement de lancer l’impression
Cela a un effet positif sur l’adoption, la création de modèles et l’ensemble de l’écosystème
Je conçois beaucoup de pièces avec Fusion 360 et j’imprime depuis presque 10 ans, mais j’ai quand même trouvé ici quelques bons conseils
Un point important que j’aimerais absolument ajouter ici est le choix du filament. Les filaments modernes comme le PC-CF, c’est-à-dire le polycarbonate renforcé en fibre de carbone, sont incroyablement polyvalents pour les objets imprimés et les pièces réelles
Avec une imprimante grand public haut de gamme, il faut certes une tête d’impression pouvant atteindre environ 300 °C et une buse en acier trempé, mais cela reste relativement facile à imprimer. Il existe de nombreux filaments au-delà du PLA standard, et ils brillent sur de nombreux aspects sans rendre le coût d’impression 10 fois plus élevé
Les slicers deviennent aussi assez bons, avec beaucoup de travail consacré à l’amélioration de la qualité d’impression, de la vitesse et de la résistance des pièces
Je suis aussi content que cnckitchen soit mentionné plusieurs fois. C’est une excellente ressource pour suivre sérieusement les nouvelles tendances de l’impression 3D, apprendre, et trouver des tests peu biaisés
La qualité des modèles sur Printables et Thingiverse s’améliore vraiment, et il est encourageant de voir se multiplier les dispositifs entièrement fonctionnels que l’on peut simplement télécharger et imprimer sans pièces externes, autrement dit les impressions en place et les pièces imprimées d’un seul tenant
Quand l’IA générative comprendra la modélisation d’objets et les principes de la CAO, j’ai l’impression que les modèles de pièces fonctionnelles vont exploser, tout comme les modèles paramétriques deviennent plus populaires
À l’usage, j’ai compris qu’avec l’Ender, je passais mon temps à bricoler l’imprimante et que j’imprimais en réalité très peu
Sur la Bambu, je n’ai eu besoin d’aucun réglage manuel à part changer le niveau de qualité voulu. Une fois, sur un très long pont, les réglages par défaut étaient corrects, mais je voulais que ça adhère davantage, donc j’ai fait quelques essais et de petits ajustements
À propos de la partie disant que, « pour concevoir rapidement des assemblages peu souvent démontés, il faut tarauder les pièces imprimées », j’ai découvert que les vis à bois conviennent bien. Même sans taraud, les vis à bois peuvent former leur propre filetage
Cela dit, cela met un peu la pièce sous contrainte. J’imprime surtout en PETG, qui est suffisamment solide pour ça, mais le PLA peut se fendre si le trou est parallèle aux couches
Pour la limite selon laquelle « les inserts filetés sont difficiles à utiliser de façon fiable quand on insère la vis par l’arrière », il existe une astuce que j’utilise parfois
Avant de poser l’insert, on engage d’abord la vis par l’arrière, on visse l’insert sur la vis qui dépasse, puis on insère l’insert et la vis ensemble dans le plastique avec un fer à souder
Comme la vis remplit le trou, le plastique fondu ne peut pas le boucher. À la place, le plastique fondu se forme autour de la vis et agit comme un écrou Nyloc
La chaleur de friction doit être suffisante pour faire fondre le plastique et former la géométrie autour de la vis. Il suffit d’attendre que ça refroidisse, puis de retirer la vis
En revanche, je conçois rarement en visant la portabilité, et j’ai plutôt tendance à trouver la bonne taille de trou pour mon imprimante avec quelques impressions de test
Chez Small Parts ou Amazon, les options en petites quantités de moins de 1000 pièces peuvent être limitées, mais depuis l’an dernier Bambu a commencé à vendre de petits conditionnements à des prix raisonnables
Je sais que la communauté HN critique beaucoup Bambu Labs, mais ma Bambu Labs P1S est vraiment incroyablement bonne. Elle est tellement facile à utiliser que j’imprime 100 fois plus qu’à l’époque de mon Ender
Grâce à elle, j’ai aussi appris Fusion 360, et là tout de suite, elle imprime des droïdes que mes enfants vont colorier
Les gens qui aiment bricoler leur imprimante l’appréciaient et la recommandaient. Faire fonctionner la machine de manière fiable était devenu une compétence à part entière dans l’impression 3D. C’est un autre problème que les considérations de conception abordées dans l’article
J’ai entendu dire que Bambu était bien meilleure. Moi, j’utilise une Raise3D E2 de l’époque des Ender et elle est très fiable. Elle est dans une gamme de prix supérieure, mais il n’y a rien à retoucher ; neuve comme aujourd’hui, elle fonctionne tout simplement
C’est de là que Bambu a forké une bonne partie de son logiciel et, depuis les dernières mises à jour, elle est tout aussi facile à utiliser, très fiable et simple à entretenir
Ils ont aussi récemment ajouté une fabrication aux États-Unis, et il semble qu’on puisse acheter une Core ONE fabriquée aux États-Unis. Avec les droits de douane, elle pourrait bientôt devenir moins chère qu’une Bambu comparable
Certains se plaindront peut-être qu’un fanboy Prusa apparaît dans chaque article sur l’impression 3D, mais il y a une raison si cette entreprise suscite un tel attachement. J’ai imprimé des milliers d’heures avec une MK4(S) sans le moindre problème, et le fait qu’ils proposent des kits de mise à niveau vers le modèle suivant est assez remarquable
À l’inverse, mon Ender 5 tourne toujours, et elle n’a jamais été arrêtée plus d’un jour ou deux, le temps d’attendre des pièces de rechange sur Amazon qui coûtent de quelques centimes à, au plus, une vingtaine de dollars
Je ne pense pas que Bambu fabrique des imprimantes peu fiables. Au contraire, ce sont globalement d’excellentes machines, bien plus fiables que Creality
Mais c’est un peu comme une voiture de sport. C’est plutôt destiné à quelqu’un qui veut quelque chose de rapide et de tape-à-l’œil et qui règle les problèmes avec de l’argent, ou à un profil technique qui peut l’emmener sur circuit et faire l’entretien lui-même
Le problème, c’est que les imprimantes Bambu sont promues et recommandées comme adaptées aux débutants. C’est vrai qu’elles facilitent l’entrée dans l’impression 3D pour les non-techniciens, mais je pense qu’au final, la plupart seront déçus par le manque de personnalisation autorisée, ou par le temps, l’effort et le coût nécessaires pour diagnostiquer et réparer quand un problème survient
Le problème, c’est qu’ils sont en train de fermer leur écosystème, et qu’on ne sait pas où cela va mener
Et comparer une imprimante récente à une vieille Ender est très injuste. Il faut comparer des technologies actuelles équivalentes
J’ai commencé l’impression 3D il y a environ 10 ans avec les premières machines Taz, et cette expérience m’avait complètement épuisé
Avance rapide jusqu’à il y a un mois : j’ai acheté une Prusa Core One, je l’ai tellement aimée que j’ai aussi acheté une XL à 5 têtes d’outil. C’est vraiment amusant d’utiliser des imprimantes qui « fonctionnent, tout simplement »
La semaine dernière, j’ai terminé une impression de 6 jours : https://www.reddit.com/r/prusa3d/comments/1kb3p0w/xl_full_be...
Article impressionnant, j’ai beaucoup appris. Pour compléter, Structures de J. E. Gordon me semble être une excellente lecture
Cela m’a aidé à comprendre beaucoup de concepts de conception mécanique nécessaires à ce type de travail
[0] : https://archive.org/details/StructuresOrWhyThingsDontFallDow...
Avant, il fallait faire bien plus attention aux arêtes vives
Si on imprimait avec des arêtes vives, le hotend devait ralentir jusqu’à l’arrêt, puis accélérer dans la nouvelle direction. Pendant ce temps, un peu plus de plastique s’échappait de la buse
Avec des coins arrondis, cette transition pouvait être adoucie
Les imprimantes actuelles ont généralement un pressure advance, donc c’est devenu beaucoup moins important
À mon avis, le plus gros gain sur les imprimantes récentes bon marché vient de l’input shaping et du réglage des résonances. Cela a permis d’utiliser des accélérations et des vitesses plus élevées même sur des machines mécaniquement moins robustes
Vient ensuite la réduction du choix de slicers et l’obligation d’utiliser du filament de marque. Supprimer des options facilite la création de profils de slicer reproductibles. J’utilise presque le même profil de slicer de base avec du filament Atomic depuis près de 10 ans
Dans mon atelier, nous n’utilisons toujours ni pressure advance ni input shaping. À la place, nous construisons des machines avec des châssis très rigides
D’après ce que j’ai vu, plus le châssis et la transmission sont solides, moins l’input shaping apporte de bénéfices. Mon imprimante actuelle a environ 10 ans, mais elle est toujours robuste
Elle est entraînée par vis-mères, donc pas aussi rapide qu’une CoreXY, mais la qualité d’impression est bonne et elle dispose d’un volume cubique de 320 mm. Sans pressure advance ni autre fonction magique, j’imprime du PLA à 100 mm/s, les déplacements se font à 150–200 mm/s, et l’extrudeur est aussi plutôt lourd