Les imprimantes 3D ont parcouru un long chemin au cours des dernières années, mais le processus de nivellement du lit reste un point douloureux. Jetons un coup d’œil aux différentes manières dont le problème a été abordé et si les développements récents ont réussi à automatiser les tracas.

Imprimante 3D Anycubic Vyper, vue de face
Anycubic Vyper, avec une fonction de mise à niveau automatique, nous avons décidé d’examiner de plus près.

Le nivellement du lit et l’étalonnage de la première couche ont tendance à faire trébucher les novices, car bien faire les choses nécessite de l’expérience et du jugement, et se tromper signifie des impressions ratées. Ce sont des choses que les opérateurs d’imprimantes 3D apprennent à gérer avec le temps et l’expérience, mais ce sont encore des processus largement manuels qui sont souvent discutés d’une manière qui ressemble plus à un art qu’à autre chose. Pas étonnant qu’il y ait eu de nombreuses tentatives pour simplifier l’ensemble du processus.

Certaines imprimantes 3D grand public adoptent une nouvelle approche de la mise à niveau du lit et de l’étalonnage de la première couche, et l’une de ces imprimantes est l’Anycubic Vyper, qui offre une solution à une touche pour les novices comme pour les utilisateurs expérimentés. Nous avons accepté l’offre d’Anycubic d’un échantillon d’imprimante spécifiquement pour examiner cette nouvelle approche de nivellement, alors jetons un coup d’œil aux dernières tentatives d’automatisation de la tâche parfois obstinée de nivellement du lit de l’imprimante 3D.

Pourquoi le nivellement du lit est-il un problème ?

En termes d’imprimante 3D, le nivellement du lit (ou simplement « nivellement ») est un terme large pour un processus dont le résultat final est d’obtenir la première couche d’une impression déposée de manière optimale sur la plate-forme de construction. Une bonne première couche est la base d’une impression réussie.

Pour ce faire, la buse doit rester à une distance constante de la plate-forme de fabrication sur toute sa plage de mouvement. Si la buse est trop près du lit à certains endroits, mais trop loin à d’autres, cela conduit à une mauvaise qualité et à des défaillances. Le réglage du lit de l’imprimante jusqu’à ce qu’il soit parallèle à la plage de mouvement de la buse s’appelle le nivellement. (Les machinistes appelleraient correctement le processus de tramage, car rien ne doit en fait être perpendiculaire au champ gravitationnel de la Terre.)

Gros plan de la tête d'impression de l'imprimante 3D fixant une première couche, avec éclairage LED de l'extrémité chaude.
L’extrudeuse en train de déposer une première couche.

L’étape suivante est l’étalonnage de la première couche. Cela ajuste le décalage de l’axe Z, ou la distance entre la pointe de la buse et la surface de la plate-forme de fabrication. Il doit y avoir juste assez d’espace pour que la première couche critique de plastique soit déposée uniformément, dans une épaisseur uniforme, et suffisamment pressée dans la surface de construction pour rester collée pendant l’impression.

Ce qui complique cela est le fait qu’aucune plate-forme de construction n’est parfaitement plate. Lorsque les fractions de millimètre comptent, même les petites imperfections causent des problèmes. Les points hauts ou bas dans une plate-forme de fabrication sont des problèmes car aucune inclinaison du lit d’impression ne les ajustera. C’est l’une des raisons pour lesquelles les problèmes de nivellement ont persisté au fil du temps.

Aucune partie individuelle du nivellement du lit n’est particulièrement compliquée, mais les nombreux facteurs interconnectés peuvent en faire une tâche complexe et fastidieuse. Il n’est pas surprenant que les gens aient essayé différentes manières de rendre l’ensemble du processus aussi simple et reproductible que possible.

Quelques tentatives de solutions

Les radeaux (un type de plate-forme de construction sacrificielle) étaient une première méthode pour traiter les imperfections du lit, mais la plupart des solutions tournent maintenant autour de nivellement du maillage.

Le nivellement du maillage est une méthode de compensation d’un lit d’impression imparfait dans le logiciel, mais il nécessite un moyen de mesurer la plate-forme de construction. En prenant des mesures avec un capteur, un modèle logiciel représentant la surface de construction et ses imperfections peut être créé. Ce modèle modifie le chemin de la tête d’impression lorsqu’il pose la première couche critique, s’ajustant pour une surface imparfaite en essayant de suivre ces imperfections, au lieu de se déplacer comme si elles n’existaient pas.

Une façon d’effectuer le nivellement du maillage consiste à utiliser un capteur inductif pour détecter la plate-forme de construction sans la toucher. Les imprimantes Prusa utilisent cette méthode pour prendre des mesures dans une grille 3 x 3, ou éventuellement 7 x 7, avant chaque impression. La détermination manuelle d’un décalage d’axe Z approprié pour une feuille de construction particulière incombe toujours à l’utilisateur.

Une autre option est une sonde physique. Le BLTouch, par exemple, est un capteur populaire qui entre en contact physique avec la plate-forme de construction. Son succès en tant qu’add-on du marché secondaire, ainsi que la fréquence à laquelle il a été copié, est un bon indicateur du niveau de nivellement du lit qui reste un problème pour les propriétaires d’imprimantes 3D.

La dernière approche : intégrer une jauge de contrainte

Animation d'un léger effleurement sur l'embout de la buse déclenchant un indicateur LED rouge.
La buse de l’imprimante agissant comme un capteur tactile.

Cette méthode utilise la pointe de la buse elle-même comme capteur. Non seulement il est plus facile de prendre des mesures à partir du point où l’extrusion se produit réellement, mais cela ouvre également la porte à la définition automatique d’un décalage Z approprié.

Une façon de le faire est d’intégrer une jauge de contrainte dans l’extrudeuse elle-même, transformant l’extrémité chaude en une sorte de cellule de charge. Nous avons vu cette approche dans un projet de bricolage qui utilisait des résistances SMD comme jauges de contrainte, et la méthode est également utilisée dans l’effecteur intelligent pour les imprimantes delta.

Deux imprimantes 3D grand public récentes, l’Anycubic Vyper et la Creality CR-6 SE, mettent en œuvre leurs propres versions fabriquées en usine de l’idée. Nous avons accepté un exemple d’imprimante Vyper d’Anycubic spécifiquement pour examiner cette fonctionnalité, alors examinons-nous de plus près.

Comment ça fonctionne

Extrudeuse Anycubic Vyper avec couvercle retiré, montrant l'extrémité chaude.
Extrudeuse de Vyper, couvercle retiré. Les fils colorés à gauche vont à la jauge de contrainte intégrée dans le support d’extrémité chaude.

L’ensemble d’extrudeuse Anycubic Vyper contient un support métallique en forme de fourche pour l’extrémité chaude qui a une jauge de contrainte intégrée. Cela le transforme en une cellule de charge similaire à ce que l’on trouverait dans une balance électronique.

Toute force exercée sur l’extrémité chaude déformera légèrement la monture, et la jauge de contrainte transforme cette déformation en un signal électrique qui peut être mesuré et quantifié. Même une très légère pression sur l’extrémité chaude peut être détectée de cette manière.

Grâce à cette fonctionnalité, la buse elle-même devient un capteur tactile. Lorsque la machine est dirigée vers la mise à niveau automatique, l’extrudeuse est abaissée à plusieurs reprises vers la plate-forme de fabrication jusqu’à ce que la buse entre en contact avec elle. Même un léger contact peut être détecté de manière fiable, ce processus n’implique donc pas beaucoup de force.

En prenant plusieurs mesures dans un quadrillage, le nivellement du maillage peut être mis en œuvre. De plus, étant donné que la distance physique entre la pointe de la buse et la surface de construction peut être détectée, un décalage raisonnable de l’axe Z peut être mis en œuvre automatiquement, laissant l’opérateur à se soucier uniquement du réglage fin.

C’est une bonne idée, et l’extrudeur a clairement été conçu autour de cette fonctionnalité.

Résultats? Parfaitement utilisable

Motif de test épais à une seule couche de carrés 3x3 sur une plaque de construction.  Ils ont l'air bien.
Une première couche parfaitement utilisable. Le réglage fin peut être effectué par incréments de +/- 0,05 mm.

Comment ça marche? Je suis heureux de dire que la fonctionnalité semble fonctionner comme annoncé, y compris le réglage automatique d’un décalage Z initial efficace.

On installe simplement la plaque de construction, s’assure que la buse et la surface de construction sont propres, puis demande à l’imprimante d’effectuer le processus de mise à niveau automatique. La machine préchauffera, garantissant que l’étalonnage est effectué dans des conditions d’impression plutôt qu’à froid, puis la buse touche la plate-forme de construction dans un motif de grille 4 x 4, après quoi elle applique silencieusement un nivellement du maillage et un décalage Z initial qui peut être affiner si vous le souhaitez. En théorie, le processus n’a pas besoin d’être répété à moins que la plate-forme de construction ne change, mais l’utilisateur peut déclencher le processus quand il le souhaite.

Il y a des limites

Le nivellement automatique fonctionne comme annoncé, mais il y a des limites à ce qu’il peut faire. Tout d’abord, les problèmes liés à la qualité ou au type de filament, ou au matériau de la plate-forme de fabrication, sont des problèmes distincts qui peuvent encore faire trébucher un novice. Ceux-ci ne sont pas corrigés par une fonction de mise à niveau automatique.

La surface d’impression et la pointe de la buse doivent être propres pour obtenir les meilleurs résultats, il est donc préférable de décharger le filament de l’extrémité chaude avant le nivellement automatique. Étant donné que la machine préchauffe et touche chaque point de la grille deux fois, une buse chargée laisse de petites taches de plastique fondu à chaque point, et ce matériau supplémentaire entre la buse et la surface de construction peut affecter la précision des mesures. En effet, cela pourrait être le talon d’Achille de tous les capteurs à buse.

Il y a une limite à ce qui peut être détecté et modélisé avec une grille de 4 x 4 points de contact. Une surface de construction avec de graves imperfections peut ne pas être modélisée avec précision. J’ai brièvement testé cela en utilisant des cales pour simuler des points hauts et bas mixtes allant jusqu’à 0,8 mm dans la feuille de construction avant d’exécuter le processus de nivellement automatique. Sans surprise, une grille de points de contact 4 x 4 était insuffisante pour modéliser avec précision où exactement ces imperfections ont commencé et se sont arrêtées, mais j’ai été ravi de voir que la première couche résultante était au moins encore utilisable, même si un peu mince et trop écrasée autour de certains des zones hautes. Ce serait bien d’avoir une option pour augmenter le nombre de points de mesure, ou peut-être affiner manuellement le maillage, afin de mieux gérer les cas particuliers.

Enfin, le firmware de la machine n’est pas très détaillé sur les détails de son processus de mise à niveau automatique. Il ne semble y avoir aucun moyen de modifier la sensibilité, aucun moyen de voir les mesures réelles prises, et aucun moyen de régler manuellement autre chose que le décalage Z, qui peut être modifié vers le haut ou vers le bas par incréments de 0,05 mm.

Est-ce la voie ?

La mise à niveau automatique et le décalage Z initial du Vyper fonctionnent comme annoncé et donnent des résultats utilisables, même si le micrologiciel est un peu silencieux sur ce qui se passe exactement sous le capot. C’est terriblement pratique, l’intégration de la jauge de contrainte semble solide et, dans l’ensemble, c’est un système intelligent qui est agréable à voir dans une offre d’usine.

Que pensez-vous de cette méthode d’automatisation de la corvée fastidieuse du nivellement du lit et du réglage de la première couche ? Est-ce que transformer l’extrémité chaude en cellule de charge est la bonne voie à suivre ? Nous voulons savoir ce que vous en pensez, alors faites-le nous savoir dans les commentaires.