Qu'est-ce que le saccade et l'accélération en impression 3D ? Un guide simple !

Lorsque nous commençons dans le monde de l'impression 3D, nous apprenons d'abord la relation inverse entre la qualité de sortie d'une pièce et la vitesse de déplacement de l'imprimante. Par cela, je n'entends rien d'autre que le simple fait qu'une vitesse de déplacement inférieure de l'extrusion produira généralement un objet plus beau.

Au fil du temps, nous apprenons également plus de paramètres qui peuvent être modifiés afin d'obtenir le résultat souhaité pour nos besoins spécifiques. Deux paramètres importants liés à la vitesse de déplacement sont le jerk et l'accélération. Bien qu'ils soient plus subtils et moins simples, ils sont étonnamment importants et peuvent faire ou défaire notre projet.

Jerk déterminera la plage de vitesse (de 0 mm/s à la vitesse spécifiée) dans laquelle l'imprimante ignorera complètement le paramètre d'accélération et passera directement à la vitesse définie sous le paramètre de jerk. L'accélération, d'autre part, détermine le taux de variation de la vitesse de déplacement par rapport au temps. Ce taux de changement est défini en mm/s et affecte la vitesse d'impression jusqu'à atteindre la vitesse de déplacement maximale.

Définir les secousses et l'accélération dans l'impression 3D

Les imprimantes 3D utilisent une carte de contrôle très puissante en termes de capacités de calcul. Avec cette carte, le G-code (stocké sur une carte SD ou envoyé au moyen d'un câble USB) peut être interprété et exécuté. Ce code donne des informations sur la direction et la vitesse de déplacement, qui sont lues et exécutées ligne par ligne par notre imprimante. Cependant, il existe des valeurs établies dans le firmware de la machine qui ne sont pas écrites dans le G-code, qui définissent plus en détail comment les mouvements sont exécutés.

Parmi eux, on peut citer le jerk et l'accélération, qui sont importants pour obtenir une bonne précision dimensionnelle dans un temps d'impression acceptable

Ironiquement, jerk a tendance à confondre les gens qui ont une formation plus technique. Cela est dû au fait que ce terme est défini en physique, mais a un autre sens lorsqu'il s'agit d'imprimantes 3d. Les personnes ignorantes comme moi n'ont pas à faire face à cette confusion puisque je ne connaissais pas cette ambiguïté avant de faire les recherches appropriées pour cet article.

Au cas où vous seriez intrigué, en physique, on peut définir l'accélération comme le taux de variation de la vitesse par rapport au temps. De manière analogue, jerk n'est autre que le taux de variation de l'accélération par rapport au temps. Mathématiquement, ce sont les dérivées premières et secondes de la vitesse par rapport au temps.

Après avoir clarifié cette distinction (in)nécessaire, définissons le jerk et l'accélération pour l'impression 3d !

Qu'est-ce que le saccade dans l'impression 3d ?

Jerk est un paramètre qui mesure la variation de vitesse minimale qui nécessite une accélération sur un axe. Bien que cela semble complexe, cela se voit plus facilement lorsque la variation de vitesse se produit dans un virage :lorsqu'elle atteint l'extrême, l'extrudeuse doit « freiner » avant de changer de direction. Si la valeur de jerk est trop faible, le mouvement sera plus fluide lorsqu'il atteindra le coin et la variation de vitesse ne sera pas drastique lorsque le hotend changera de direction.

Par exemple, si nous réglons le jerk d'impression à 20 mm/s, nous disons à l'imprimante de passer instantanément de 0 mm/s à 20 mm/s en ignorant le paramètre d'accélération. L'accélération n'affectera que les augmentations supplémentaires de la vitesse de 20 mm/s à la vitesse maximale.

Sinon, si la valeur de jerk est trop élevée, il faudra moins de temps pour atteindre la vitesse maximale et cela réduira les temps d'impression. Comme tous les paramètres en impression 3d, un point d'équilibre doit être trouvé entre vitesse et qualité d'impression, car trop augmenter cette valeur augmente les vibrations et génère des problèmes comme des images fantômes ou des pertes de pas dans le moteur.

Qu'est-ce que l'accélération dans l'impression 3D ?

L'accélération indique à quelle vitesse la vitesse du mouvement augmente sur chaque axe. Comme lorsque vous conduisez une voiture, la vitesse maximale n'est atteinte que lorsque vous avez suffisamment de distance. Par définition, l'imprimante fonctionne à une vitesse comprise entre 0 mm/s (complètement immobile) et la vitesse maximale définie sur la trancheuse, en particulier sur des pièces complexes avec de nombreux angles.

L'augmentation de l'accélération rend l'imprimante plus rapide si elle a suffisamment de distance à parcourir. Jerk est responsable des augmentations de vitesse instantanées. Ensemble, ils peuvent lisser votre imprimante tout en réduisant le temps d'impression.

Bien que vous puissiez définir différentes valeurs d'accélération et de jerk pour chaque axe, il est recommandé d'utiliser les mêmes valeurs sur l'axe X et sur l'axe Y. De cette façon, les objets imprimés auront le même aspect, quelle que soit leur orientation lors de l'impression.

Quel est l'impact des secousses et de l'accélération sur la qualité globale ?

Lorsque l'extrudeuse change de direction (ou de vitesse), elle doit d'abord réduire la vitesse sur un axe et augmenter la vitesse sur un autre. Si le jerk est réglé trop haut, ce changement sera rapide et brusque, ce qui peut provoquer la transmission de vibrations indésirables à la pièce. De même, si l'accélération définie est trop élevée, l'imprimante peut ne pas disposer de suffisamment de distance ou de temps pour arrêter le chariot hotend. Cela produit un dépassement qui emmène le hotend au-delà de la position souhaitée.

En revanche, la définition de valeurs de jerk et d'accélération faibles conduit notre imprimante à travailler dans une amplitude de mouvement conservatrice. Les finitions peuvent être meilleures, mais l'impression prendra plus de temps et la rendra irréalisable sur le plan économique. En règle générale, nous prospérerons pour les points les plus élevés de secousse et d'accélération auxquels l'apparence de l'objet reste acceptable.

Conséquences des paramètres de jerk sur la qualité d'impression

• Délai d'impression très long :le temps d'impression peut être raccourci si les valeurs de jerk sont correctement définies. Les vitesses maximales définies dans le G-code sont atteintes plus rapidement et demandent moins de distance.
• Vibrations excessives :Lorsque l'imprimante change de direction à des angles proches de 90 degrés, des vibrations indésirables se produisent dans la hotend. Cette vibration est transmise à la pièce, générant un "écho » à l'extérieur de la pièce. Ce problème, appelé image fantôme ou sonnerie, dépend (entre autres, comme la tension de la courroie) de la façon dont l'imprimante accélère ses pièces mobiles.
• Affaiblissement de la structure de l'imprimante 3d :Ce problème est plus fréquent dans les imprimantes avec un système d'extrusion directe puisque l'extrudeuse et le hotend se déplacent ensemble. La masse accélérée fait que la structure de l'imprimante tremble constamment, desserre les écrous et les boulons et aggrave encore le problème d'origine.
• Coins arrondis :Parfois, les coins pointus d'une pièce sont arrondis, en raison d'un mauvais réglage de la secousse. Il doit être corrigé pour que le hotend change correctement de direction.

Conséquences des paramètres d'accélération de la qualité d'impression

• Bruit excessif :Lorsque l'accélération est trop élevée, l'imprimante produit des bruits très forts. Un réglage correct peut aider à réduire le son provenant de l'imprimante.
• oscillation en Z :Ce problème se manifeste par une variation des dimensions de la pièce le long de l'axe Z. Si les tiges verticales ne sont pas pliées, il est fort probable que l'accélération soit trop élevée.
• Sauts de ligne de calque  :Si le hotend se déplace trop rapidement avant l'extrusion, une petite partie de la ligne sera vide.

Trouver les paramètres de jerk et d'accélération optimaux

Paramètres Jerk optimaux

Les valeurs de jerk peuvent être modifiées directement à partir du menu de l'imprimante. Dans la commande Contrôle, sélectionnez "mouvement". Vous y verrez les valeurs suivantes :

• Vx-jerk
• Vy-jerk
• Vz-jerk
• Enfoiré

Comme la valeur de jerk sur l'axe z est normalement sans conséquence pour l'impression, nous laisserons la valeur précédemment définie. De la même manière, il est recommandé de ne pas modifier la valeur Jerk de l'extrudeur.

Le mouvement en X et Y doit être aussi similaire que possible, nous utiliserons donc toujours la même valeur de jerk dans les deux paramètres. Essayez de modifier ce paramètre jusqu'à une valeur maximale de 20 mm/s.

Le plus simple pour trouver la bonne valeur de jerk est de faire plusieurs impressions identiques en modifiant cette valeur à 5 mm/s à chaque itération.

Paramètres d'accélération optimale

Les valeurs d'accélération peuvent également être modifiées directement à partir du menu de l'imprimante. Dans la commande Contrôle, sélectionnez "mouvement". Vous y verrez les valeurs suivantes :

• A-voyage
• Amax X
• Amax Y
• Amax Z
• Amax E

Comme pour le Jerk, je recommande de ne modifier l'accélération que sur l'axe X et l'axe Y uniquement.

Cette fois, les sauts de chaque test peuvent être de 100 unités chacun. Un point de départ généralement convenu et conservateur est d'environ 400 m/s^2

Le calculateur suivant de Prusaprinters peut être très utile pour voir sur un graphique la distance dont l'imprimante a besoin pour atteindre la vitesse souhaitée, avec différentes valeurs d'accélération.

Cet autre calculateur permet de connaître l'accélération maximale que supporte votre imprimante, connaissant la masse de la charge mobile et d'autres paramètres connus. Il vous permet également de savoir si vos valeurs d'accélération actuelles rendent notre imprimante instable. Bien que cela soit intéressant d'un point de vue technique et pédagogique, rien ne vaut de parcourir plusieurs valeurs jusqu'à trouver le juste milieu entre vitesse d'impression et qualité.

Certains slicers comme Cura, vous permettent de modifier ces paramètres en utilisant des instructions g-code. Par exemple, la commande M205 contrôle le jerk. Je vous recommande de contrôler le jerk et l'accélération de votre imprimante 3d, puis d'enregistrer les meilleures valeurs dans la mémoire EEPROM.

Utilisation de la recherche binaire pour trouver le Jerk et l'Accélération optimaux

La recherche binaire est une méthode couramment utilisée dans les programmes informatiques. Elle consiste à établir deux valeurs, une inférieure (appelons-la A) et une supérieure (appelons-la B). La valeur moyenne (afin de ne pas utiliser nos pouvoirs créatifs, appelons-la C) est calculée comme la moitié de sa somme :(A + B) / 2 =C.

Si nous définissons la valeur C dans notre paramètre d'impression et imprimons un objet de test, nous pouvons vérifier le résultat.

• Si elle est trop élevée, la valeur C est échangée contre la valeur B, obtenant (A + C) / 2.
• Si la valeur est trop faible, A est échangé contre C, obtenant (C + B) / 2.

Ainsi, il n'est pas nécessaire de tester en remontant la valeur petit à petit à chaque impression, puisque l'intervalle est découpé en 2 parties à chaque itération supplémentaire.

Cette méthode peut être utilisée pour régler n'importe quel autre paramètre de votre imprimante (comme la vitesse ou la température), alors essayez-la si vous ne savez pas par où commencer.

Modèles pour tester les paramètres Jerk et Accélération

Il existe plusieurs modèles qui vous permettent de vérifier ou de calibrer les paramètres de jerk et d'accélération de votre imprimante. Certains d'entre eux sont spécifiques à ces paramètres et de nombreux autres donnent un aperçu de tous les paramètres d'impression fonctionnant ensemble en même temps.

Le meilleur test pour configurer l'accélération se trouve ici (Thingiverse). Il est entièrement personnalisable et se compose d'une pièce à paroi unique qui fait varier la valeur d'accélération à mesure que l'impression monte dans l'axe Z. Au final, on voit clairement les valeurs d'accélération qui génèrent des vibrations dans la pièce.

Lors du test des paramètres de jerk optimaux, je trouve l'objet suivant très utile, car il présente de nombreux changements de direction sur une pièce rapide à imprimer. Lors de l'impression, vous devez vous assurer que les coins sont correctement formés et qu'il n'y a pas de signes de vibration à proximité.

Enfin, un objet qui teste tous les paramètres d'impression à la fois. Bien qu'il n'ait pas besoin d'être présenté, Benchy met en évidence tous les problèmes de calibrage de l'imprimante. La surface du mur extérieur doit être lisse, sans traces de vibrations. Les coins du toit doivent être perpendiculaires et se terminer à un angle de 90 degrés. Je vous recommande d'imprimer Benchy après avoir correctement calibré la température et les rétractions, afin d'obtenir les meilleurs résultats.

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