La technologie d’impression 3D progresse à pas de géant. Un instant, nous discutons de la fabrication de petits jouets pour divertir les enfants, et la seconde suivante, nous entendons la nouvelle qu'une imprimante 3D a construit un bâtiment en béton capable de résister à un tremblement de terre de magnitude 8. Avec le temps, « imprimer en 3D une imprimante 3D » semble également possible.

Mais en laissant de côté les perspectives, ce qui intéresse le plus les amateurs et les créateurs, ce sont toujours les imprimantes 3D de bureau : quels sont leurs types, à quelle vitesse elles impriment et combien elles coûtent. Si vous aimez aller au fond des choses, ou si vous avez déjà essayé de bricoler une imprimante 3D auparavant, vous devez également vous être posé cette question : comment bougent-ils ?

XYZ, I3 et CoreXY sont actuellement les styles d'imprimantes 3D de bureau les plus populaires. Voici comment ils se déplacent : la machine possède un ou plusieurs axes dans les directions X, Y et Z du système de coordonnées 3D. Une extrémité de chaque axe est équipée d'un moteur pour fournir de l'énergie. Des courroies synchrones ou des vis-mères convertissent ensuite la rotation du moteur en mouvement linéaire dans les directions X, Y et Z. Enfin, grâce aux systèmes de rails de guidage linéaires dans les 3 directions, la machine peut positionner la buse en tout point de l'espace 3D formé par les axes, extruder le filament et créer un objet 3D.

Pourquoi les systèmes de guidage sont-ils importants ?

Les systèmes de guidage servent principalement à 3 objectifs lors de l'impression :

1. Précision : réalisez une tolérance stricte, évitez les oscillations et assurez-vous que la tête d'impression ou le lit chauffant installé sur les guides se déplace linéairement dans la direction prédéterminée ;
2. Douceur : réduit la friction avec les roulements ou les rouleaux et contribue à un mouvement plus fluide ;
3. Fiabilité : Des structures de guidage dotées d’une excellente rigidité peuvent améliorer la fiabilité de la machine et contribuer à des impressions plus cohérentes au fil du temps.

La variété des systèmes de guidage

En général, les systèmes de guidage utilisés sur les imprimantes 3D comprennent :

1. Roues et profils
2. Tiges et roulements linéaires
3. Rails linéaires
4. Rails linéaires intégrés

Roues et profils

Parmi tous les guides, la combinaison de roues et de profils est probablement la plus courante et la plus rentable. Il y a généralement 3 à 4 rouleaux qui courent le long de la rainure en forme de V ou de T du profilé pour guider les mouvements.

La bague extérieure des roues est le plus souvent en POM (polyformaldéhyde) et la bague intérieure est composée d'acier et de roulements à billes. Le POM présente une résistance élevée, une faible déformation et une excellente résistance à l'abrasion, ce qui le rend particulièrement adapté à la fabrication de roues d'imprimante. Avec une utilisation appropriée, les rouleaux POM peuvent durer des centaines d'heures. Certains fabricants utilisent également du PC (polycarbonate) pour fabriquer des roues, qui ont une résistance encore plus élevée et une durée de vie plus longue, mais à un prix légèrement plus élevé.

Pour garantir un mouvement linéaire, les roues doivent saisir correctement les profilés. Trop lâche et des vibrations peuvent se produire à des vitesses élevées. Un serrage trop serré augmentera l'usure : les débris accumulés peuvent s'accumuler entre les roues et les rails, provoquant des mouvements saccadés ou instables. Les utilisateurs doivent donc ajuster le serrage des roues en fonction du fonctionnement de l'imprimante, nettoyer les débris et remplacer les roues si nécessaire. Par rapport aux autres guides, la combinaison roue et profil nécessite un entretien plus fréquent.

De plus, les plastiques ont une rigidité inférieure à celle des métaux. La déformation des roues pendant le mouvement est difficile à éviter, c'est pourquoi les imprimantes utilisant des roues ont généralement une précision inférieure à celles équipées de guides en acier.

Les profils couramment utilisés sur les imprimantes 3D sont disponibles en deux types : les profils à fente en V et les profils à fente en T. Comme leurs noms l’indiquent, la principale différence entre eux réside dans la forme transversale. Différents profils s'associent à différentes roues pour obtenir de bons effets de guidage.

Étant donné que les profils sont personnalisables, peu coûteux et dotés de performances suffisantes, la combinaison de roues et de profils est le premier choix pour de nombreuses constructions d'imprimantes 3D DIY.

Avantages

• Bonne performance de guidage, bon marché et utile ;
• Options abondantes, largement disponibles ;
• Facile à installer, à utiliser et à modifier ;

Inconvénients

• Précision inférieure ;
• Plus sujet aux vibrations ;
• Nécessite un entretien plus fréquent.

Tiges linéaires et roulements

Les limites des guides de roue et de profil ont conduit les bricoleurs et les fabricants à se tourner davantage vers une autre combinaison offrant une précision et une stabilité supérieures : les tiges linéaires et les roulements. Ces dernières années, les guides de tiges et de roulements sont devenus presque synonymes de systèmes de guidage pour imprimantes 3D. Au moins 2 tiges et 2 roulements sont nécessaires pour chaque axe de l'imprimante. Les roulements s'enroulent ou s'accrochent aux tiges, tout en se connectant à des chariots montés avec une extrudeuse ou un lit chauffant, pour guider le mouvement linéaire.

Une tige linéaire, également appelée tige lisse, est simplement une tige cylindrique en acier, disponible en différentes tailles – les imprimantes 3D utilisent généralement des tiges de 8 mm de diamètre. Les tiges peuvent être usinées avec une grande précision dimensionnelle avec des surfaces très lisses. Associées à des roulements à billes, des tiges correctement assemblées peuvent réaliser d'assez bons mouvements linéaires.

Et oui, il y a aussi des inconvénients à être fluide. Lorsqu'elles sont utilisées à des fins de guidage, les tiges doivent être fixées aux deux extrémités avec des pinces métalliques. De plus, les roulements peuvent non seulement se déplacer linéairement, mais également tourner à 360° autour des cylindres. C'est pourquoi ils doivent être fixés sur des roulements sur une autre tige parallèle pour permettre à l'extrudeuse ou au lit chauffant de se déplacer linéairement. Le parallélisme entre deux tiges peut être un défi, surtout pour les bricoleurs.

Ainsi, l’utilisation de guides d’arbre signifie d’une part une précision et une stabilité supérieures, mais également un encombrement et un poids plus importants, ainsi qu’une plus grande difficulté d’assemblage d’autre part.

Les roulements utilisés avec les tiges sont principalement des roulements à gorge en U et des roulements linéaires entièrement en acier. Les roulements à rainure en U ressemblent à des roues qui peuvent rouler le long des tiges. Les roulements linéaires ont un manchon cylindrique à l'extérieur, avec plusieurs rangées de billes à l'intérieur qui peuvent circuler le long de l'arbre. Les deux peuvent réaliser un guidage fluide avec un minimum de friction.

Les tiges et les roulements durent longtemps et ne nécessitent qu'un nettoyage occasionnel des accumulations sur les tiges et une lubrification des roulements. Si les tiges sont enfermées dans un boîtier au lieu de servir de cadre, le démontage du boîtier et la lubrification des roulements sont simples. Cependant, remplacer des roulements usés après une utilisation prolongée peut s’avérer légèrement délicat.

Avantages

• Excellentes performances de guidage, haute précision, coût modéré ;
• Options abondantes, largement disponibles ;
• Faible fréquence de maintenance ;

Inconvénients

• Encombrement et poids plus grands lorsqu'ils sont fermés ;
• Le parallélisme peut être un problème ;
• Le remplacement des roulements peut être délicat.

Rails linéaires

Le rail linéaire, également appelé guidage linéaire, est à la mode ces dernières années. La partie rail en acier comporte une piste de chaque côté et les curseurs imbriqués dessus contiennent 2 jeux de roulements à billes qui peuvent circuler le long des pistes. Outre les imprimantes 3D industrielles, de plus en plus de fabricants d'ordinateurs de bureau utilisent également des rails linéaires dans leurs gammes de produits haut de gamme.

Bien que les deux soient en acier, lorsqu'il s'agit de travail réel, les rails linéaires sont moins sensibles à la flexion et aux vibrations que les tiges. Cela est principalement dû à leur méthode de montage unique. Les tiges ne sont fixées qu'aux deux extrémités, tandis que les rails linéaires comportent des trous de montage à intervalles réguliers sur la surface, leur permettant d'être solidement fixés au boîtier ou à d'autres structures de support.

Cela garantit un mouvement linéaire stable et améliore la qualité d'impression d'une part, et augmente la limite de vitesse en empêchant les secousses excessives à des vitesses élevées d'autre part. C'est l'une des raisons pour lesquelles J1 peut réaliser une impression à grande vitesse.

Lors de l'assemblage, les rails linéaires peuvent guider un seul axe sans appariement, économisant ainsi de l'espace et du poids pour rendre la machine plus légère et plus compacte. Il n’y a pas non plus lieu de s’inquiéter du parallélisme ferroviaire.

Tout cela semble génial, mais quel est le piège ? Le prix. Des calculs approximatifs montrent que même si les curseurs pour rails linéaires ont des prix similaires à ceux des roulements pour tiges, les rails eux-mêmes coûtent environ 2,5 à 4 fois celui d'une paire de tiges de longueurs équivalentes. En comparaison, les cannes sont bon marché et assez bonnes. En pesant le coût supplémentaire par rapport aux gains de performances, la plupart des bricoleurs opteraient toujours pour des tiges et des roulements.

Pour la maintenance, les rails linéaires sont similaires aux premiers, nécessitant une lubrification régulière des roulements. Les rails exposés nécessitent également un nettoyage occasionnel.

Avantages

• Très haute précision ;
• Prend en charge l'impression à grande vitesse ;
• Faible encombrement, pratique à utiliser ;

Inconvénients

• Ne peut pas servir de structure de support, doit être installé sur des profilés, etc. ;
• Cher.

Rails linéaires intégrés

Au lieu d'utiliser directement les guides ci-dessus, certains fabricants, dans le but de faire progresser leurs capacités techniques ou de répondre à des produits spécifiques, explorent également de meilleures solutions.

Les principaux points forts des rails linéaires résident dans la grande rigidité des rails en acier et dans le mouvement précis et fluide permis par les roulements à billes. Ces avantages sont préservés dans les rails linéaires intégrés.

Lors de la fabrication des modules linéaires, FUYU intègre deux bandes d'acier dans les parois intérieures du boîtier en alliage d'aluminium, puis CNC meule l'acier avec précision en rails avec une précision d'usinage au micron. De plus, grâce aux rails intégrés plus larges, la rigidité est encore améliorée sans augmenter le poids, ce qui convient mieux aux opérations CNC à haute puissance. Après tout, les imprimantes 3D ordinaires n'exigent pas une rigidité aussi extrême.

Par rapport au montage direct de rails linéaires sur la surface des extrusions, l'intégration des rails en acier à l'intérieur des modules linéaires empêche l'accumulation de poussière sur les rails, réduisant ainsi la fréquence de maintenance. Cela rend également les modules plus légers et plus compacts, de sorte qu'une machine coûteuse ne ressemble pas au projet d'un bricoleur. Cependant, l'intégration de rails linéaires pose des défis de fabrication considérables pour le producteur, sans aucun avantage en termes de coût par rapport aux rails linéaires normaux.

Avantages

• Identique aux rails linéaires : très haute précision, prend en charge l'impression à grande vitesse, faible encombrement ;
• Rigidité des rails encore améliorée ;
• Fréquence de maintenance réduite grâce aux rails fermés ;

Inconvénients

• Cher;
• Ne convient pas au bricolage.