Top 10 des pièces essentielles d'imprimante 3D et leurs fonctions

Introduction

L'impression 3D est à la fois un passe-temps apprécié par des millions de personnes dans le monde et une technologie de fabrication fonctionnelle capable de produire une large gamme de pièces et produits. Pour répondre à cette demande, une variété d'imprimantes sont disponibles sur le marché. En général, ces imprimantes partagent les mêmes composants sous-jacents, particulièrement en termes de Modélisation par Dépôt de Filament Fondu (FDM). Ces pièces peuvent être catégorisées en 10 types de composants de machine d'impression 3D.

Cet article décrira les pièces d'imprimante 3D qui entrent dans chacune des dix catégories, ainsi que les fonctions de ces pièces d'impression 3D.

1. Carte mère ou carte de contrôle

La carte mère, également appelée carte de contrôle, sert de hub central auquel tous les composants électroniques de l'imprimante 3D sont connectés. Les parties clés d'une carte mère d'imprimante 3D sont décrites ci-dessous :

• Processeur : Convertit le code logiciel programmé en un ensemble d'instructions pour les autres pièces de l'imprimante à suivre pour imprimer une pièce. Les processeurs utilisés dans les cartes mères d'imprimantes 3D sont soit 8 bits, soit 32 bits.
• Connecteurs : Relient tous les composants électroniques de l'imprimante 3D. Ceux-ci peuvent prendre la forme de borniers, connecteurs DuPort, ou USB.
• Pilotes de moteurs pas à pas : Contrôlent la puissance délivrée aux bobines séparées d'un moteur pas à pas, permettant à l'arbre du moteur de tourner. Une imprimante 3D standard a quatre pilotes de moteurs pas à pas : un pour chacun des axes x, y et z, et un pour l'extrudeur de filament.
• Communications : Les instructions G-Code sont requises pour imprimer la pièce. Le programme peut être fourni soit par Wi-Fi, via une connexion par câble, ou par un emplacement pour carte SD.

Les cartes mères peuvent être mises à niveau en échangeant simplement l'ancienne et en branchant les composants électroniques sur la nouvelle carte. Cependant, il faut veiller à ce que la nouvelle carte puisse gérer les exigences de puissance des pièces d'imprimante existantes.

2. Bloc d'alimentation (PSU)

Le bloc d'alimentation (PSU) fournit l'énergie à tous les composants électroniques de l'imprimante. Cette unité est un transformateur et redresseur qui abaisse la tension alternative et convertit le courant alternatif de tension inférieure en courant continu. Un PSU alimente tous les composants pertinents. La mise à niveau d'un PSU est souvent requise si de nouveaux éléments sont ajoutés à l'imprimante 3D qui ont des exigences de puissance plus élevées. Prenez soin de ne pas remplacer le PSU sans d'abord confirmer que la carte mère peut gérer la puissance accrue.

3. Châssis

Le châssis d'une imprimante 3D est l'endroit où tous les divers composants mécaniques sont connectés, y compris la carte mère. Le châssis est généralement fabriqué en aluminium, plastique ou acier. Plus un châssis d'imprimante 3D est rigide ou raide, plus l'imprimante peut imprimer vite tout en maintenant la précision et la qualité. La plupart des imprimantes 3D ont trois axes de mouvement rectilinéaire. Cela signifie que l'extrudeur peut se déplacer de gauche à droite sur l'axe x et de haut en bas sur l'axe z. Le troisième axe de mouvement est fourni par le plateau d'impression, qui peut se déplacer d'avant en arrière sur l'axe y. Les moteurs pas à pas sont montés sur le châssis.

Les châssis d'imprimantes 3D peuvent être mis à niveau. Cependant, c'est souvent une entreprise fastidieuse qui nécessite de démonter puis de réassembler l'imprimante entière. L'une des mises à niveau les plus simples que les utilisateurs peuvent faire est de rigidifier les goussets et supports du châssis, améliorant ainsi la rigidité et la stabilité globales.

Illustration d'un châssis d'imprimante 3D.

4. Interface utilisateur

Une interface utilisateur est nécessaire pour interagir avec une imprimante 3D. La plupart des imprimantes 3D ont un écran basique avec quelques boutons et molettes. Ceux-ci suffisent pour sélectionner la pièce à imprimer depuis une carte SD et permettre le changement de certains paramètres de base, tels que la température de l'extrudeur ou la température du plateau. Les imprimantes plus avancées auront des écrans tactiles multi-couleurs avec une interface conviviale. Alternativement, l'imprimante peut être connectée à un PC via une connexion filaire ou via Wi-Fi. Soit un logiciel de contrôle d'imprimante OEM (fabricant d'équipement d'origine) ou tiers peut être utilisé pour contrôler l'imprimante et surveiller l'état d'impression.

L'interface utilisateur peut être mise à niveau vers une version plus conviviale. Il faut veiller à ce que la carte mère soit compatible avec le nouvel écran en termes de connexion physique du tableau et de ses exigences de puissance. De plus, le firmware de la carte devra être mis à jour pour prendre en charge le nouvel écran.

5. Connectivité

La connectivité d'une imprimante 3D est définie par la façon dont l'utilisateur transmet les instructions d'impression G-Code au contrôleur. Il y a trois façons principales de se connecter à une imprimante 3D : via une carte SD, un câble fixe, ou par Wi-Fi. La plupart des imprimantes sont livrées avec des connexions carte SD et câble fixe. Cependant, le Wi-Fi n'est disponible que sur les imprimantes plus avancées. La mise à niveau d'une carte SD / câble fixe vers le Wi-Fi nécessite souvent le remplacement de la carte mère.

6. Extrudeur

L'extrudeur est utilisé pour tirer le plastique de la bobine de filament, le pousser à travers une chambre chauffée, puis le sortir par la buse pour imprimer une pièce. L'unité d'extrudeur se compose d'un moteur pas à pas, d'une roue dentée à ressort pour saisir le plastique, d'une hot end, et d'une buse. Les trois principaux types d'extrudeurs sont :

• Direct Drive : Les extrudeurs Direct Drive sont généralement montés au-dessus de la hot end et de la buse. Ces types d'extrudeurs poussent le plastique directement dans l'extrémité chauffée et hors de la buse.
• Bowden : L'extrudeur est monté à un emplacement fixe sur le châssis de l'imprimante. Un extrudeur Bowden pousse le plastique à travers un long tube flexible vers la hot end. Cela permet à l'imprimante d'imprimer plus vite car il y a moins de poids près de la buse.
• Double extrudeurs : Deux extrudeurs séparés sont positionnés côte à côte, chacun fournissant un matériau différent. Ceux-ci peuvent être de n'importe quelles autres couleurs, ou un seul extrudeur peut être utilisé pour imprimer les supports de la pièce. Les extrudeurs Direct Drive et style Bowden peuvent être configurés pour la double extrusion.

La mise à niveau d'un Direct Drive vers un extrudeur Bowden peut se faire relativement simplement. Seuls quelques supports et tubes supplémentaires sont requis. La mise à niveau vers la double extrusion dépend du nombre de pilotes de moteurs pas à pas que la carte mère peut accueillir. Des points de connexion pour des ventilateurs supplémentaires, hot ends et capteurs de température seront également requis.

Illustration d'un extrudeur/hot end.

7. Contrôleurs de mouvement

Le contrôleur de mouvement est le mécanisme utilisé pour déplacer la hot end de l'imprimante le long des trois axes requis pour imprimer une pièce. Un moteur pas à pas est utilisé pour contrôler le mouvement en raison de sa capacité à maintenir un positionnement précis. Cependant, les moteurs pas à pas produisent un mouvement rotatif. Ce mouvement rotatif est converti en mouvement linéaire en utilisant soit une vis de puissance, soit une courroie dentée. L'axe z est presque toujours entraîné par une vis de puissance, tandis que les axes x et y peuvent être entraînés par des courroies dentées.

Il est rarement nécessaire de mettre à niveau le contrôleur de mouvement. Les moteurs pas à pas d'origine sont capables de contrôler la position des têtes d'impression avec une grande précision.

8. Matériau d'impression

Les imprimantes 3D FDM typiques peuvent imprimer en utilisant une grande variété de matériaux sous forme de bobines de filament. Ceux-ci peuvent être de 1,75 mm ou 3 mm de diamètre. Voici quelques catégories générales de plastiques qui peuvent être imprimés :

• Thermoplastiques : Les thermoplastiques tels que PLA, ABS et PETG sont parmi les matières premières les plus couramment utilisées.
• Élastomères thermoplastiques : Les élastomères sont des matériaux qui restent flexibles, comme le caoutchouc, après l'impression. Ces types de plastiques peuvent être difficiles à imprimer, nécessitent un extrudeur Direct Drive, et sont plus chers.
• Thermoplastiques chargés : Les thermoplastiques chargés couvrent une large gamme de matériaux qui sont un mélange de thermoplastiques et de charges additionnelles, telles que poudre de métal, fibre de carbone, ou sciure. Ceux-ci sont principalement utilisés pour créer des pièces avec une apparence unique et fournir une résistance améliorée.

Les mises à niveau de machine sont rarement requises pour imprimer avec différents filaments. Cependant, dans certains cas, des accessoires spéciaux sont nécessaires. Par exemple, il peut être bénéfique d'inclure une enceinte avec un tuyau de ventilation vers l'imprimante pour des plastiques comme l'ABS.

9. Plateau d'impression

Le plateau d'impression est la zone dans laquelle la pièce imprimée est construite. Les plateaux d'impression peuvent varier en taille de 200 x 200 mm à 1 m x 1 m. Le plateau d'impression est souvent déplacé d'avant en arrière le long de l'axe y. Le plateau d'impression peut avoir des panneaux amovibles qui améliorent l'adhérence de l'impression au plateau et facilitent le retrait de la pièce après l'impression.

Il y a quelques mises à niveau disponibles pour un plateau d'impression en dehors de l'ajout d'un panneau amovible pour améliorer l'adhérence. La taille du plateau d'impression dépend du châssis de l'imprimante.

Illustration d'un plateau de construction d'imprimante 3D.

10. Système d'alimentation

Le système d'alimentation est le réseau de tubulures par lequel les matériaux de filament entrent dans l'extrudeur et sortent de la buse chauffée. Le bon système d'alimentation peut rendre l'impression multicolore possible sans avoir besoin d'un double extrudeur. Un système d'alimentation est un processus spécialisé et peut être ajouté à une imprimante existante.

Illustration d'un système d'alimentation.

Que sont les pièces d'impression 3D ?

Les pièces d'impression 3D font référence à tous les composants requis pour le fonctionnement d'une imprimante 3D. Ceux-ci incluent extrudeurs, cartes mères, PSU, interfaces utilisateur, entre autres.

Où sont fabriquées les pièces d'impression 3D ?

La grande majorité des pièces d'imprimante 3D sont fabriquées en Chine.

Quel est l'aspect le plus important des pièces d'impression 3D ?

L'aspect le plus important des pièces d'impression 3D est de faire correspondre les spécifications de la machine avec vos exigences. Étudiez les spécifications de l'imprimante considérée pour l'achat pour déterminer si elle peut effectuer la tâche d'impression nécessaire.

Pour plus d'informations, consultez notre guide sur les imprimantes 3D.

« Une imprimante 3D fonctionne comme un système électromécanique intégré, où le contrôle de mouvement, la régulation de température et le dépôt de matière opèrent en coordination continue. La carte de contrôle exécute les commandes d'opération d'impression, gérant la distribution de courant aux pilotes de moteurs pas à pas et synchronisant le retour de positionnement sur tous les axes. Les tolérances mécaniques dans le châssis et l'assemblage de mouvement affectent directement la précision dimensionnelle et la finition de surface. La stabilité thermique dans la hot end et le plateau de construction régit l'adhérence des couches et l'intégrité structurelle globale. La précision de la fabrication additive dépend finalement du calibrage et de l'interrelation de ces sous-systèmes, où les paramètres logiciels se traduisent directement en résultats physiques mesurables. »

Comment identifier les pièces d'impression 3D

Certaines pièces d'imprimante 3D auront un numéro de série imprimé dessus. C'est particulièrement vrai pour les composants électroniques, tels que les extrudeurs ou les cartes mères. Les fabricants d'imprimantes listent généralement les pièces de rechange et leurs emplacements pour l'achat sur leurs sites web.

Comment assembler les pièces d'impression 3D

La façon la plus simple d'assembler les pièces d'imprimante 3D est de suivre les instructions en ligne, en particulier celles fournies par le fabricant OEM. Les manuels d'instructions OEM affichent souvent une vue éclatée de toutes les pièces d'imprimante 3D, ce qui peut aider dans le processus d'assemblage.

Questions fréquentes sur les pièces de machine d'impression 3D

L'assemblage des pièces d'impression 3D est-il difficile ?

Une imprimante 3D de base nécessite quelques compétences techniques de base et peut prendre des heures à assembler à partir de zéro. La plupart des fabricants fournissent des instructions vidéo complètes sur la façon de construire l'imprimante en toute sécurité. Une attention particulière est requise lors du travail avec des pièces et systèmes électriques.

Où peut-on acheter des pièces d'impression 3D ?

Les pièces d'imprimante 3D peuvent être achetées auprès de presque tous les grands détaillants en ligne, tels qu'Amazon, AliExpress ou Banggood. Les magasins d'impression 3D locaux peuvent avoir des composants en stock qui peuvent être achetés avec une légère majoration. Une simple recherche Google avec les mots-clés « pièces d'imprimante 3D près de moi » peut vous aider à comprendre où acheter des pièces d'imprimante.

Combien coûteront les pièces d'impression 3D ?

Le coût des pièces d'imprimante 3D dépend de la pièce achetée. La pièce la plus chère est souvent la carte mère et ses composants connexes. Une carte mère typique coûte entre 44 $ et 75 $. Gardez à l'esprit qu'une imprimante 3D entière peut coûter aussi peu que 280 $.

Est-il possible de mettre à niveau les pièces d'impression 3D ?

La mise à niveau des imprimantes 3D est un passe-temps dynamique avec d'innombrables accessoires disponibles en ligne. Il y a aussi de nombreux guides en ligne sur la façon de mettre à niveau vos pièces d'imprimante 3D.

Résumé

Cet article a passé en revue 10 catégories de pièces de machine d'impression 3D et expliqué leur but. Pour en savoir plus sur l'impression 3D et comment Xometry peut aider avec les pièces d'imprimante 3D, contactez un représentant Xometry.

Xometry offre une large gamme de capacités de fabrication, incluant l'impression 3D et des services à valeur ajoutée pour tous vos besoins en prototypage et production. Visitez notre site web pour en savoir plus ou pour demander un devis gratuit, sans engagement.

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Dean McClements

Dean McClements est diplômé B.Eng Honors en Génie Mécanique avec plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel inclut des rôles significatifs au sein d'entreprises leaders telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus et innovations d'ingénierie.

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