Imprimer des pièces 3D multi-couleurs ou multi-matériaux avec un seul extrudeur – Guide étape par étape

De nombreux utilisateurs de l'impression 3D avec technologie FDM se sont posé cette question à un moment donné.

La plupart des imprimantes 3D FDM de bureau n'ont qu'un seul extrudeur, donc l'utilisateur "perd" l'option de combiner plusieurs filaments ; par exemple lors de l'impression de pièces complexes utilisant un filament de construction et un filament de support ou dans le cas où la pièce nécessite d'intégrer plusieurs couleurs.

Image 1 : Vase imprimé en 3D avec filaments Fillamentum et Mosaic Palette. Source : Fillamentum.

Pour résoudre ce problème, il existe plusieurs solutions selon les besoins de l'utilisateur et la complexité de la pièce. Dans cet article, nous en expliquerons deux :

• Utilisation d'un logiciel de tranchage (laminating software).
• Utilisation d'un dispositif externe.

Utilisation d'un logiciel de tranchage

La méthode la plus simple est d'utiliser le Logiciel de Tranchage pour générer des fichiers .gcode prêts pour que l'utilisateur change le filament de l'imprimante au bon moment. Ainsi, des pièces de diverses couleurs ou matériaux peuvent être imprimées.

Dans ce cas, l'impression multi-couleurs sera limitée à des couches complètes. C'est-à-dire que chaque couche isolée sera d'une seule couleur (il n'y aura pas deux couleurs par couche). Il est très important de prendre ces limitations en compte lors de la conception de la pièce.
Pour utiliser cette méthode, il est recommandé d'utiliser Ultimaker Cura, l'un des logiciels gratuits les plus populaires aujourd'hui ; bien qu'il soit possible d'effectuer le processus avec d'autres logiciels de tranchage sans problème.

1. Pour commencer, vous devez importer le design choisi dans Ultimaker Cura.
2. Une fois ouvert, vous devez ajuster les paramètres selon le matériau à utiliser pour l'impression de la pièce.
3. À ce stade, vous devez découvrir à quelle hauteur ou dans quelle couche vous voulez changer de couleur/matériau.
4. Une fois cette information obtenue, allez dans Extensions > Post-traitement > Modifier G-code et appuyez sur Ajouter une séquence de commande > Pause à la hauteur.
5. Dans la fenêtre pop-up, vous devez choisir pause par couche ou par mm. Selon le design choisi, il sera plus commode d'utiliser une commande ou l'autre. Dans tous les cas, le nombre que nous incluons dans la case correspondra à la couche ou à la hauteur à laquelle le changement de filament sera effectué.
   Le terme "Park Print Head X/Y" fait référence aux coordonnées vers lesquelles la Hotend doit être dirigée au moment de la pause. Il est recommandé d'utiliser les coordonnées 0/0 (Home) pour faciliter le changement de filament.
   De plus, les paramètres de rétraction, vitesse de rétraction et Quantité d'extrusion doivent être réglés. Les deux premiers dépendront du matériau utilisé, tandis que pour le dernier, il est recommandé de régler environ 5 cm ; ce qui correspondra à la quantité de filament à extruder après le changement de filament, avant de reprendre l'impression.
   
   

Image 2 : Interface Cura. Source : Ultimaker Cura.

Cette méthode ne serait pas viable pour imprimer une pièce complexe qui nécessite un matériau de support (ABS + PVA). Si différents matériaux doivent être utilisés, le degré d'adhérence entre eux doit être pris en compte. Si l'adhérence n'est pas suffisante, la pièce se séparera tôt ou tard dans les couches de liaison entre matériaux.

Utilisation d'un dispositif externe

La méthode du logiciel de tranchage a certaines limitations et nécessite la participation de l'utilisateur pendant le processus d'impression pour changer de matériau ; ce n'est pas un processus automatique.

Pour résoudre ce problème, Mosaic Manufacturing a développé un dispositif qui permet d'imprimer avec jusqu'à 4 couleurs ou matériaux différents : Mosaic Palette. Dans ce cas, il est possible d'inclure jusqu'à 4 couleurs ou matériaux différents dans la même couche.

Mosaic Palette base son fonctionnement sur la combinaison de jusqu'à 8 brins en un seul de manière continue.

Pour faciliter le fonctionnement et l'utilisabilité de Mosaic Palette 3 et Mosaic Palette 3 Pro, Mosaic Manufacturing a développé son propre logiciel de tranchage en parallèle : Canvas.

En important un design dans Canvas, des zones de différentes couleurs/matériaux peuvent être facilement et intuitivement marquées et différenciées, comme pour colorier. Dans ce logiciel, vous pouvez aussi créer les profils des différents matériaux que vous voulez utiliser.

Mosaic Palette 3 et Mosaic Palette 3 Pro reconnaissent et calculent la quantité de chaque filament de chaque couleur/matériel qui doit être utilisée dans chaque couche.

Comment ça marche ?

Pour réaliser le processus d'impression, Mosaic Palette 3 ont quatre entrées de filament, et Mosaic Palette 3 Pro ont huit entrées de filament (chacune avec son propre extrudeur et capteur de filament).

Une fois le filament introduit dans chaque extrudeur, il est dirigé vers le système de coupe, qui consiste en une lame rotative qui coupe le filament à la longueur exacte requise selon le programme de tranchage Canvas.

Après la coupe du filament, le matériau est joint à celui qui doit continuer grâce au Splice Core, une résistance qui joint les matériaux.

Image 3 : Jonction entre deux filaments. Source : Mosaic.

Lorsque les morceaux de filament sont joints, ils passent par une zone de refroidissement et passent par la Scroll Wheel, une roue de réglage qui assure un diamètre correct sur tout le filament.

Quels matériaux pouvez-vous utiliser ?

Mosaic Palette 3 et Mosaic Palette 3 Pro peuvent utiliser le même matériau en jusqu'à 8 couleurs différentes, mais ils permettent aussi différentes combinaisons de matériaux.

Le tableau suivant montre certaines des combinaisons de matériaux possibles et leur degré de difficulté. Dans certains cas, il est indiqué que la combinaison de matériaux est "Expérimentale" ; cela signifie qu'elle ne peut pas toujours être réalisée avec succès, mais qu'il y a des utilisateurs qui ont réussi à imprimer des projets avec ces matériaux.

MATÉRIAUX	DIFFICULTÉ
PLA + PLA	STANDARD
PLA + PVA	EXPÉRIMENTAL
PLA + HIPS	EXPÉRIMENTAL
PLA + TPU	AVANCÉ
PETG + PETG	STANDARD
PETG + TPU	EXPÉRIMENTAL + AVANCÉ
ABS + ABS	EXPÉRIMENTAL
TPU + TPU	AVANCÉ

De plus, Mosaic met à disposition une grande quantité d'informations et de ressources dans la zone support de son site web.

Parmi ces ressources, vous pouvez trouver des configurations recommandées pour joindre différents brins de matériaux, des tableaux complets de compatibilité des matériaux, ou la résolution des problèmes les plus courants.

Gardez toujours à l'esprit que la configuration d'impression optimale est différente pour chaque imprimante, donc les valeurs que Mosaic partage sont seulement un guide. Si vous avez une bonne configuration d'impression avec un matériau particulier, il est recommandé d'utiliser cette configuration si vous combinez des brins de ce matériau.

Mosaic Palette a aussi un espace sur la plateforme Thingiverse, où elle télécharge périodiquement des designs adaptés à l'utilisation de diverses couleurs/matériaux avec Mosaic Palette.

Image 5 : Design adapté pour téléchargement gratuit. Source : Thingiverse.

Tant pour les résultats finaux que pour le service gratuit et les ressources offertes, Mosaic Palette 3 et Mosaic Palette 3 Pro sont une option très intéressante pour les utilisateurs qui veulent imprimer avec plusieurs couleurs ou expérimenter l'impression 3D multi-matériaux avec leurs imprimantes 3D FDM à un seul extrudeur.