Top 10 des pièces d’imprimante 3D et leurs fonctions

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 permettant de produire une large gamme de pièces et de produits. Pour répondre à cette demande, diverses imprimantes sont disponibles sur le marché. De manière générale, ces imprimantes partagent les mêmes composants sous-jacents, notamment en termes de Fused Deposition Modeling (FDM). Ces pièces peuvent être classées 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 contrôleur

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

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

Les cartes mères peuvent être mises à niveau en remplaçant simplement l'ancienne et en branchant les composants électroniques sur la nouvelle carte. Cependant, il faut veiller à ce que la nouvelle carte puisse répondre aux besoins en énergie des composants de l'imprimante existants.

2. Unité d'alimentation (PSU)

Le bloc d'alimentation (PSU) alimente tous les composants électroniques de l'imprimante. Cette unité est un transformateur et un redresseur qui réduit la puissance CA et convertit la puissance CA inférieure en CC. Un bloc d’alimentation est l’alimentation électrique de tous les composants concernés. La mise à niveau d'un bloc d'alimentation est souvent nécessaire si de nouveaux éléments sont ajoutés à l'imprimante 3D et ont des besoins en énergie plus élevés. Veillez à ne pas remplacer le bloc d'alimentation sans confirmer au préalable que la carte mère peut gérer l'augmentation de la puissance.

3. Cadre

Le cadre d’une imprimante 3D est l’endroit où sont connectés tous les différents composants mécaniques, y compris la carte mère. Le cadre est généralement en aluminium, en plastique ou en acier. Plus le cadre d’une imprimante 3D est rigide ou rigide, plus l’imprimante peut imprimer rapidement tout en conservant précision et qualité. La plupart des imprimantes 3D ont trois axes de mouvement rectiligne. Cela signifie que l'extrudeuse 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 lit de l'imprimante, qui peut se déplacer d'avant en arrière sur l'axe y. Les moteurs pas à pas sont montés sur le châssis.

Les cadres d'imprimante 3D peuvent être mis à niveau. Cependant, il s’agit souvent d’une entreprise fastidieuse qui nécessite de démonter puis de remonter l’ensemble de l’imprimante. L'une des améliorations les plus simples que les utilisateurs puissent apporter consiste à renforcer les goussets et les supports du cadre, améliorant ainsi la rigidité et la stabilité globales.

Une illustration d'un cadre 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 de base avec quelques boutons et molettes. Ceux-ci sont suffisants pour sélectionner la pièce à imprimer depuis une carte SD et permettre de modifier certains paramètres de base, comme la température de l'extrudeuse ou la température du plateau. Les imprimantes plus avancées auront des écrans tactiles multicolores avec une interface conviviale. Alternativement, l'imprimante peut être connectée à un PC via une connexion filaire ou via Wi-Fi. 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, tant au niveau de la connexion physique de la carte que de ses besoins en énergie. 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 manière dont l'utilisateur transmet les instructions d'impression G-Code au contrôleur. Il existe trois manières principales de se connecter à une imprimante 3D :via une carte SD, un câble fixe ou via Wi-FI. La plupart des imprimantes sont livrées avec une carte SD et des connexions par câble fixes. 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. Extrudeuse

L'extrudeuse est utilisée pour extraire 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'extrudeuse se compose d'un moteur pas à pas, d'une roue dentée à ressort pour saisir le plastique, d'une extrémité chaude et d'une buse. Les trois principaux types d'extrudeuses sont :

• Entraînement direct : Les extrudeuses à entraînement direct sont généralement montées au-dessus de l'extrémité chaude et de la buse. Ces types d'extrudeuses poussent le plastique directement dans l'extrémité chauffée et hors de la buse.
• Bowden : L'extrudeuse est montée à un emplacement fixe sur le châssis de l'imprimante. Une extrudeuse Bowden pousse le plastique à travers un long tube flexible jusqu'à l'extrémité chaude. Cela permet à l'imprimante d'imprimer plus rapidement puisqu'il y a moins de poids près de la buse.
• Extrudeuses doubles : Deux extrudeuses distinctes sont positionnées côte à côte, chacune fournissant une matière différente. Il peut s'agir de n'importe quelle autre couleur, ou une seule extrudeuse peut être utilisée pour imprimer les supports de pièces. Les extrudeuses à entraînement direct et de type Bowden peuvent être configurées pour une double extrusion.

La mise à niveau d'un entraînement direct vers une extrudeuse Bowden peut être effectuée relativement simplement. Seuls quelques supports et tubes supplémentaires sont nécessaires. La mise à niveau vers la double extrusion dépend du nombre de pilotes pas à pas pouvant être hébergés sur la carte mère. Des points de connexion pour des ventilateurs supplémentaires, des hot-ends et des capteurs de température seront également nécessaires.

Une illustration d'une extrudeuse/hot end.

7. Contrôleurs de mouvement

Le contrôleur de mouvement est le mécanisme utilisé pour déplacer la partie chaude de l'imprimante le long des trois axes nécessaires à l'impression d'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 de rotation. Ce mouvement rotatif est converti en mouvement linéaire en utilisant soit une vis mécanique, soit une courroie crantée. L'axe z est presque toujours entraîné avec une vis mécanique, tandis que les axes x et y peuvent être entraînés avec des courroies crantées.

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

8. Matériel d'impression

Les imprimantes 3D FDM typiques peuvent imprimer en utilisant une grande variété de matériaux sous forme de rouleaux de filament. Ceux-ci peuvent avoir un diamètre de 1,75 mm ou 3 mm. Vous trouverez ci-dessous quelques catégories générales de plastiques pouvant être imprimés :

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

Des mises à niveau de la machine sont rarement nécessaires pour imprimer avec des filaments différents. Cependant, dans certains cas, des accessoires spéciaux sont nécessaires. Par exemple, il peut être avantageux d'inclure un boîtier avec un tuyau de ventilation vers l'imprimante pour les plastiques comme l'ABS.

9. Lit d'impression

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

Il existe quelques améliorations disponibles pour un lit d'impression, outre l'ajout d'un panneau amovible pour améliorer l'adhérence. La taille du lit d'impression dépend du cadre de l'imprimante.

Une illustration d'une plaque de construction d'imprimante 3D.

10. Système d'alimentation

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

Une illustration d'un système d'alimentation.

Que sont les pièces imprimées en 3D ?

Les pièces d'impression 3D font référence à tous les composants nécessaires au fonctionnement d'une imprimante 3D. Il s'agit notamment des extrudeuses, des cartes mères, des blocs d'alimentation et des interfaces utilisateur, entre autres.

Où sont fabriquées les pièces imprimées en 3D ?

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

Quel est l'aspect le plus important des pièces imprimées en 3D ?

L'aspect le plus important de l'impression de pièces en 3D est de faire correspondre les spécifications de la machine à vos besoins. Étudiez les spécifications de l'imprimante envisagée pour l'achat afin de déterminer si elle peut effectuer la tâche d'impression requise.

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

"Une imprimante 3D fonctionne comme un système électromécanique intégré, où le contrôle du mouvement, la régulation de la température et le dépôt de matériaux fonctionnent en coordination continue. La carte contrôleur exécute les commandes d'opération d'impression, gère la distribution du courant aux pilotes pas à pas et synchronise le retour de position sur tous les axes. Les tolérances mécaniques dans le cadre et l'assemblage de mouvement affectent directement la précision dimensionnelle et la finition de surface. La stabilité thermique dans l'extrémité chaude et la plate-forme de construction régit l'adhésion des couches et l'intégrité structurelle globale. La précision de la fabrication additive dépend en fin de compte de l'étalonnage et de l'interrelation de ces sous-systèmes, où le logiciel les paramètres 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. Cela est particulièrement vrai pour les composants électroniques, tels que les extrudeuses ou les cartes mères. Les fabricants d'imprimantes répertorient généralement les pièces de rechange et leurs emplacements à acheter sur leurs sites Web.

Comment assembler des pièces d'impression 3D

Le moyen le plus simple d’assembler les pièces d’une imprimante 3D est de suivre les instructions en ligne, en particulier celles fournies par le fabricant OEM de l’imprimante. Les manuels d'instructions OEM affichent souvent une vue éclatée de toutes les pièces de l'imprimante 3D, ce qui peut faciliter le processus d'assemblage.

Questions fréquemment posées sur les pièces de machines d'impression 3D

L'assemblage de pièces imprimées en 3D est-il difficile ?

 Une imprimante 3D de base nécessite des compétences techniques de base et peut prendre des heures à assembler à partir de zéro. La plupart des fabricants fournissent des instructions vidéo détaillées sur la manière de construire l'imprimante en toute sécurité. Une attention particulière est requise lorsque vous travaillez avec des pièces et des systèmes électriques.

Où pouvons-nous 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 ateliers 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 à proximité » peut vous aider à savoir 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 associés. 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 des pièces imprimées en 3D ?

La mise à niveau d'imprimantes 3D est un passe-temps passionnant avec d'innombrables accessoires disponibles en ligne. Il existe également de nombreux guides en ligne sur la façon de mettre à niveau les pièces de votre imprimante 3D.

Résumé

Cet article a passé en revue 10 catégories de pièces de machines d’impression 3D et expliqué leur objectif. Pour en savoir plus sur l'impression 3D et sur la manière dont Xometry peut vous aider avec les pièces d'imprimante 3D, contactez un représentant Xometry.

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

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Dean McClements

Dean McClements est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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