Bien que l'impression 3D produise des modèles très détaillés qui semblent presque identiques à l'image CAO, la précision dimensionnelle et la tolérance ne sont pas parfaitement identiques. C'est ce qu'on appelle le rétrécissement, qui se produit dans les impressions 3D et que vous ne remarquez probablement même pas.

Je me suis demandé quel était le taux de rétrécissement des impressions 3D, une question idéale pour ceux qui souhaitent créer des objets fonctionnels nécessitant des tolérances serrées. J'ai donc décidé de le découvrir et de le partager avec vous.

Dans cet article, nous verrons ce qu'est le rétrécissement, de combien vos impressions 3D sont susceptibles de rétrécir, et quelques bonnes compensations de rétrécissement à utiliser.

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

Le rétrécissement dans l'impression 3D est la réduction de la taille du modèle final due aux changements de température entre le thermoplastique fondu et les couches de matériaux extrudés refroidis.

Pendant l'impression, l'extrudeuse fait fondre le filament d'impression pour créer le modèle 3D, et le matériau se dilate pendant ce processus. Lorsque les couches commencent à refroidir juste après l'extrusion, le matériau augmente en densité tout en réduisant sa taille.

La plupart des gens ne s'en rendent pas compte tant qu'ils n'ont pas un modèle qui nécessite un peu plus de précision dimensionnelle.

Le rétrécissement n'est pas un problème pour l'impression de modèles esthétiques tels que les œuvres d'art, les vases et les jouets. Lorsque l'on passe à des objets ayant des tolérances étroites, tels qu'un étui de téléphone ou un support reliant des objets entre eux, le rétrécissement devient un problème à résoudre.

Il se produit dans presque tous les processus d'impression 3D en raison des variations de température, mais la vitesse à laquelle il se produit varie en fonction de quelques facteurs.

Ces facteurs sont le matériau utilisé, la température, la technologie d'impression et le temps de durcissement des impressions en résine.

Parmi tous ces facteurs, le plus important est sans doute le matériau utilisé.

Le type de matériau utilisé a une influence sur le degré de rétrécissement du modèle.

La température d'impression et la vitesse de refroidissement sont également des facteurs importants. Le rétrécissement peut se produire si le modèle est imprimé à une température élevée ou refroidi trop rapidement, ce qui signifie que les plastiques à température élevée sont plus susceptibles de rétrécir.

Un refroidissement rapide et inégal peut même entraîner un gauchissement, ce qui peut endommager le modèle ou ruiner complètement l'impression. La plupart d'entre nous ont connu ce gauchissement, qu'il soit dû à des courants d'air ou simplement à une pièce très froide.

J'ai récemment mis en place un matelas chauffant HAWKUNG sous mon Ender 3, ce qui m'a aidé à réduire le gauchissement, mais aussi à accélérer le temps de chauffage et à maintenir une température plus constante dans le lit.

Enfin, le type de technologie d'impression utilisé détermine également l'ampleur du rétrécissement constaté dans le modèle. Les technologies bon marché comme le FDM ne peuvent généralement pas être utilisées pour fabriquer des pièces de haute qualité avec des tolérances serrées.

Les technologies SLS et de projection de métal justifient leur prix élevé par la production de modèles précis.

Heureusement, il existe de nombreux moyens de tenir compte du retrait, ce qui nous permet de produire des pièces aux dimensions exactes sans trop de problèmes, mais il faut connaître les bonnes techniques.

Dans quelle mesure les impressions ABS, PLA et PETG rétrécissent-elles ?

Comme nous l'avons mentionné précédemment, le taux de rétrécissement dépend fortement du type de matériau utilisé. Il varie d'un matériau à l'autre. Examinons trois des matériaux d'impression 3D les plus utilisés et leur résistance au rétrécissement :

PLA

Le PLA est un matériau organique et biodégradable également utilisé dans les imprimantes FDM. C'est l'un des matériaux les plus populaires utilisés dans l'impression 3D car il est facile à imprimer et non toxique.

Le PLA souffre d'un faible retrait, avec des taux de rétrécissement compris entre 0,2 % et 3 %, puisqu'il s'agit d'un thermoplastique à basse température.

Les filaments PLA n'ont pas besoin de températures élevées pour être extrudés, la température d'impression est d'environ 190℃, ce qui est inférieur à celle de l'ABS.

Le rétrécissement du PLA peut également être réduit en imprimant dans un environnement fermé ou en augmentant simplement l'échelle du modèle pour compenser le rétrécissement.

Cette méthode fonctionne parce qu'elle réduit les changements rapides de température et les contraintes physiques exercées sur le modèle.

Je pense que ces taux de rétrécissement dépendent de la marque et du processus de fabrication, et même de la couleur du filament lui-même. Certaines personnes ont constaté que les couleurs foncées ont tendance à rétrécir davantage que les couleurs claires.

ABS

L'ABS est un matériau d'impression à base de pétrole utilisé dans les imprimantes FDM. Il est largement utilisé en raison de sa grande solidité, de sa résistance à la chaleur et de sa polyvalence. On le trouve dans toutes sortes d'objets, des étuis de téléphone aux Legos.

L'ABS a un taux de rétrécissement très élevé, donc si vous avez besoin d'impressions 3D précises, j'essaierais d'éviter de l'utiliser. J'ai vu des gens parler de taux de rétrécissement allant de 0,8 % à 8 %.

Je suis sûr qu'il s'agit de cas extrêmes et qu'il serait possible de réduire ce phénomène avec une configuration adéquate, mais c'est un bon exemple pour illustrer à quel point le rétrécissement peut être important.

L'un des principaux moyens de réduire le rétrécissement est d'imprimer à la bonne température du lit chauffant.

L'utilisation d'un lit chauffant correctement calibré facilite l'adhésion de la première couche et permet également d'éviter que la couche inférieure ne refroidisse trop vite par rapport au reste de l'impression afin d'éviter le gauchissement.

Une autre astuce pour réduire le rétrécissement consiste à imprimer dans une chambre fermée, ce qui isole l'impression 3D des courants d'air extérieurs et évite qu'elle ne refroidisse de manière inégale.

La chambre fermée maintient l'impression à une température stable proche de celle du plastique jusqu'à ce que l'impression soit terminée, et toutes les sections peuvent refroidir à la même vitesse.

L'enceinte ignifuge et anti-poussière Creality d'Amazon est une excellente enceinte que des milliers de personnes ont utilisée et appréciée. Elle maintient une température constante et est très facile à installer et à entretenir.

En outre, il offre une plus grande sécurité en termes d'incendie, réduit les émissions sonores et protège contre l'accumulation de poussière.

PETG

Le PETG est un autre matériau d'impression 3D largement utilisé en raison de ses propriétés phénoménales. Il combine la résistance structurelle et la robustesse de l'ABS avec la facilité d'impression et l'absence de toxicité du PLA.

Il peut donc être utilisé dans de nombreuses applications nécessitant une résistance et une sécurité élevées.

Avec 0,8 %, les filaments PETG ont le taux de rétrécissement le plus faible. Les modèles 3D fabriqués avec le PETG sont relativement stables sur le plan dimensionnel par rapport à d'autres, ce qui les rend idéaux pour réaliser des impressions fonctionnelles qui doivent se conformer à des tolérances quelque peu strictes.

Pour compenser ou réduire le rétrécissement des impressions PETG, le modèle peut être agrandi d'un facteur de 0,8 % avant l'impression.

Comment obtenir la bonne compensation de rétrécissement dans l'impression 3D

Comme nous l'avons vu plus haut, le retrait peut être réduit de plusieurs façons. Il n'en reste pas moins que, quelles que soient les mesures prises, le retrait ne peut être éliminé. C'est pourquoi il est bon d'essayer de tenir compte du retrait lors de la préparation du modèle pour l'impression.

Certains logiciels d'impression sont dotés de préréglages qui effectuent automatiquement cette opération, mais la plupart du temps, elle doit être réalisée manuellement.

Le calcul du type de compensation de retrait à appliquer dépend de trois éléments : le matériau utilisé, la température d'impression et la géométrie du modèle.

Tous ces facteurs combinés donneront une idée de l'ampleur du rétrécissement attendu de l'impression et de la manière de le compenser.

Le taux de rétrécissement peut même varier d'une marque à l'autre pour un même type de matériau.

Une bonne façon de mesurer et de quantifier le rétrécissement est donc d'imprimer d'abord un modèle d'essai et de mesurer le rétrécissement. Les données obtenues peuvent ensuite être utilisées pour créer une compensation mathématique du taux de rétrécissement.

Cet objet de calcul du rétrécissement de Thingiverse est un excellent moyen de mesurer le rétrécissement. Un utilisateur l'a décrit comme "l'un des meilleurs outils d'étalonnage général". De nombreux autres utilisateurs remercient le fabricant de ce modèle de CAO.

Les étapes sont les suivantes :

• Imprimez la pièce test en utilisant le filament de votre choix et les paramètres du trancheur que vous avez l'intention d'utiliser.
• Mesurez et entrez dans la feuille de calcul (la mienne est partagée à //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Mise à jour des paramètres de la trancheuse

Vous devez utiliser cette feuille Google et en faire une nouvelle copie que vous pourrez éditer vous-même à partir d'une nouvelle feuille. Vous trouverez les instructions sur la page Thingiverse pour plus de détails.

Si vous souhaitez une compensation vraiment précise, vous pouvez en fait effectuer l'itération deux fois, mais le fabricant affirme qu'une seule itération a suffi pour obtenir une tolérance de 100 um (0,01 mm) sur une pièce de 150 mm.

Un utilisateur a déclaré qu'il mettait simplement ses modèles à l'échelle à 101 %, et que cela fonctionnait assez bien pour lui. Il s'agit d'une façon très simple de voir les choses, mais qui peut être efficace pour obtenir des résultats rapides.

Vous pouvez également utiliser un paramètre appelé expansion horizontale qui ajuste la taille de vos impressions 3D dans la dimension X/Y, afin de compenser les changements de taille lorsque le modèle refroidit et rétrécit.

Si vous créez les modèles vous-même, vous pouvez ajuster les tolérances sur le modèle lui-même et, avec un peu de pratique, vous commencerez à être en mesure de deviner les tolérances correctes pour votre conception spécifique.