Extrusion directe contre l'extrusion de Bowden: un guide pour les débutants

L'extrudeuse est un composant clé d'une imprimante 3D. Elle permet de pousser le filament plastique vers la tête chauffante pour le faire fondre. Il existe deux principaux modèles : Extrusion directe et extrusion Bowden. Le système utilisé par votre imprimante a un impact majeur sur ses performances, de la vitesse d'impression aux types de filaments utilisables.Il est essentiel de comprendre les différences pratiques entre ces deux configurations pour obtenir de meilleures impressions et prendre des décisions éclairées concernant votre équipement.

Qu'est-ce qu'une extrudeuse ?

L'extrudeuse déplace le filament, qui est comme de l'« encre » en plastique, vers la tête chauffante, où il fond et tombe sur le lit d'impression. Il a un moteur pas à pas pour l'alimentation, des engrenages qui maintiennent et déplacent le filament et un boîtier solide appelé « extrémité froide ». Le travail de l'extrudeuse est de fournir une force forte et contrôlée qui maintient le matériau en mouvement en douceur, ce qui est important pour une impression réussie.

La distinction fondamentale entre les configurations directes et Bowden est l’emplacement physique du moteur de l’extrudeuse.

• Dans un système d’extrusion directe, le moteur est monté directement sur la tête d’impression mobile.
• Dans un système Bowden, le moteur est monté sur le châssis fixe de l'imprimante, loin de la tête d'impression.

Cette variation de conception apparemment simple conduit à une série de compromis importants qui influencent directement la vitesse d'une imprimante, les matériaux qu'elle peut gérer et même la maintenance de routine.

Extrusion directe : chemin court, contrôle fort

Extrusion directe (également appelée « Direct Drive ») intègre le mécanisme d'alimentation du filament et la tête d'impression dans une seule unité qui se déplace ensemble sur la zone de construction.

Comment fonctionne l'extrusion directe

Des engrenages d'entraînement à la zone de fusion, le trajet du filament dans un dispositif à entraînement direct est seulement 30 à 50 mm de longLe moteur de l'extrudeuse peut être monté directement sur ou à côté de la tête d'impression, ce qui réduit l'encombrement. Le filament est poussé à travers un tube court et rigide par les engrenages d'entraînement. Il aboutit dans la barrière thermique. Le système est défini par cette distance minimale entre le moteur et la zone de fusion.

Avantages en termes de performances

L'extrusion directe offre trois avantages essentiels :

• Réponse instantanée : les commandes du moteur se traduisent par le mouvement du filament en quelques millisecondes. Cette immédiateté permet un contrôle précis du démarrage et de l'arrêt lors des impressions complexes.
• Rétraction supérieure - Le trajet court du filament permet des distances de rétraction de seulement 0,5 à 2 mm pour une rétraction efficace empêcher le suintementLe moteur peut rapidement inverser la direction sans lutter contre l'énergie stockée dans le filament.
• Compatibilité des filaments flexibles - Le chemin contraint empêche les matériaux souples de se déformer ou de se comprimer. Le TPU et d'autres élastomères s'alimentent de manière fiable même à des duretés Shore aussi basses que 85A.

Limitations liées au poids

La conception intégrée ajoute 200 à 400 grammes à la masse en mouvement, selon la taille et la construction du moteur. Ce poids supplémentaire engendre plusieurs défis :

• Accélération réduite - Les valeurs d'accélération typiques varient de 500 à 2 000 mm/s² par rapport à 3 000 à 5 000 mm/s² pour les systèmes plus légers
• Susceptibilité aux vibrations - Une masse plus élevée amplifie les résonances, en particulier lors des changements de direction
• Contraintes de vitesse - Vitesses d'impression généralement au maximum à 60-100 mm/s pour des résultats de qualité, contre 150-200 mm/s pour les alternatives légères

Les ingénieurs doivent équilibrer ces pénalités de poids avec les avantages de précision du système lors de la conception d'applications spécifiques.

Extrusion Bowden : moteur à distance, mouvement rapide

L'extrusion Bowden sépare le moteur de la tête d'impression, privilégiant le mouvement léger par rapport au contrôle direct.

Comment fonctionne l'extrusion Bowden

La méthode Bowden fixe le moteur de l'extrudeuse au châssis fixe de l'imprimante, qui se situe généralement entre 300 et 800 mm de la tête chaude. Polytétrafluoroéthylène (PTFE) Des tubes relient ces pièces et acheminent le filament du moteur fixe à la tête d'impression mobile. Le diamètre intérieur du tube est quasiment identique à la largeur du filament.généralement 2,0 mm pour un filament de 1,75 mm— ce qui crée un chemin limité. Grâce à cette division, le poids du moteur est retiré de l'ensemble du système de mouvement.

Avantages en termes de performances

Le placement du moteur à distance apporte des avantages significatifs :

• Masse mobile minimale - Les têtes d'impression pèsent seulement 50 à 150 grammes sans le moteur, permettant des accélérations de 3 000 à 8 000 mm/s²
• Capacité à grande vitesse - L'inertie réduite permet des vitesses d'impression de 150 à 300 mm/s tout en maintenant la qualité de la surface
• Artefacts de vibration réduits - Une masse plus faible minimise les bourdonnements et les images fantômes lors des changements de direction, produisant des surfaces verticales plus propres et des angles vifs

Limitations du système

Le cheminement étendu du filament présente trois défis majeurs :

• Compression et hystérésis – La colonne de filament de 300 à 800 mm agit comme un ressort. Lors de l'extrusion, le filament se comprime avant d'atteindre la buse. Lors de la rétraction, cette énergie emmagasinée doit se dissiper avant que le filament ne se retire réellement.
• Pertes par frottement – ​​Le contact entre le filament et les parois du tube crée une résistance qui varie selon la longueur du tube, sa courbure et les propriétés du matériau. Ce frottement augmente de façon exponentielle avec les filaments plus souples.
• Délai de réponse : les commandes nécessitent 0,1 à 0,5 seconde pour se propager dans le système, contre une réponse quasi instantanée dans les systèmes directs. Ce délai nécessite des distances de rétraction plus longues (4 à 8 mm) et une compensation de l'avance de pression.

Ces caractéristiques permettent aux systèmes Bowden d'exceller dans l'impression à grande vitesse avec des matériaux rigides tout en luttant contre le contrôle précis de l'extrusion et les filaments flexibles..

Extrusion directe ou Bowden : laquelle l'emporte où ?

Vous pouvez choisir la méthode la mieux adaptée à vos besoins si vous savez comment ces différences de conception affectent l’impression dans le monde réel.

Bowden imprime 50 à 100 % plus rapidement

Les systèmes Bowden excellent en vitesse brute, imprimant généralement 50 à 100 % plus rapidement que les configurations à entraînement direct.. Une tête d'impression légère maintient une précision dimensionnelle à 150-200 mm/s, tandis que les systèmes Direct Drive produisent des résultats optimaux à 60-100 mm/s. Cependant, Direct Drive offre une extrusion plus cohérente à n'importe quelle vitesse, produisant des finitions de surface plus lisses et des dimensions plus précises sans réglage approfondi.

Le choix dépend des priorités : Bowden pour le prototypage rapide et les impressions de grande taille où le temps compte le plus ; entraînement direct pour les modèles détaillés, les pièces mécaniques ou toute application exigeant une précision dimensionnelle.

Seuls les modèles Direct Drive sont équipés de poignées en TPU souple

Les systèmes divergent considérablement lors de l’impression de filaments flexibles :

Capacités Direct Drive :

• Imprime de manière fiable du TPU jusqu'à une dureté Shore de 85A
• Maintient un débit constant avec des matériaux souples
• Ne nécessite aucune modification ou réglage particulier

Limitations de Bowden :

• A du mal avec tout ce qui est plus doux que TPU 95A
• Nécessite des vitesses inférieures à 20 mm/s pour les flexibles
• Nécessite souvent des modifications ou des contraintes au niveau des tubes
• Sujet au flambage et aux blocages même avec un réglage minutieux

Pour les matériaux rigides (PLA, PETG, ABS), les deux systèmes offrent des performances comparables. Cependant, pour quiconque envisage d'imprimer des joints, des coques de téléphone ou des pièces en caoutchouc, Direct Drive est indispensable.

L'entraînement direct nécessite 75 % de rétraction en moins

Les systèmes à entraînement direct n'ont besoin que d'une rétraction de 0,5 à 2 mm pour arrêter le suintement, et ils réagissent immédiatement aux commandes du moteur. Cette légère rétraction préserve l'intégrité du filament et prévient l'usure des pièces de l'extrudeuse.

Les systèmes Bowden nécessitent une distance rétractable de 4 à 8 mm pour tenir compte de la flexibilité et du frottement du tube. Trouver les meilleurs réglages signifie trouver un équilibre entre distance de rétraction, vitesse et température, ce qui peut être difficile pour les débutants. Les imprimantes Bowden bien réglées peuvent parfois présenter des fils sur des formes complexes avec de nombreux déplacements.

Les tubes Bowden doivent être remplacés tous les 6 à 12 mois

Points d'entretien du Bowden :

• Accès facile à la tête d'impression pour les changements de buses
• Le tube PTFE se dégrade avec le temps (cycle de remplacement de 6 à 12 mois)
• Les coupleurs pneumatiques peuvent se desserrer, provoquant une sous-extrusion intermittente
• Le tube doit être coupé d'équerre et bien en place pour éviter les bourrages.

Points d'entretien de la transmission directe :

• L'assemblage compact nécessite un démontage partiel pour un nettoyage en profondeur
• Fluage thermique plus probable en raison de la proximité de la chaleur du moteur avec la tête chauffante
• Le nettoyage des engrenages de l'extrudeuse doit être plus fréquent en raison d'une rétraction plus courte
• Plus de pièces mobiles dans l'assemblage de la tête d'impression

Les deux systèmes nécessitent une attention régulière, mais les configurations Bowden nécessitent souvent un dépannage plus fréquent en raison des multiples points de défaillance potentiels le long du chemin du filament.

Extrusion directe ou Bowden : laquelle choisir pour votre première imprimante 3D ?

Alors, quel système est le bon point de départ ? La réponse dépend entièrement de vos objectifs et intérêts spécifiques en matière de hobby.

Choisissez Direct Drive si vous souhaitez :

• Matériaux flexibles - Essentiels pour le TPU, silicone, ou tout matériau d'une dureté inférieure à 95A
• Configuration minimale - Fonctionne bien dès la sortie de la boîte avec un étalonnage de base
• Des impressions nettes dès la première fois - Les rétractions courtes signifient moins de cordage sans réglage sans fin
• Qualité constante - Contrôle d'extrusion fiable pour pièces mécaniques ou miniatures détaillées
• Polyvalence future - Gère la plus large gamme de matériaux à mesure que vous développez vos compétences

Choisissez Bowden si vous voulez :

• Production rapide - impressions en 2 à 3 heures au lieu de 4 à 6 heures pour les objets plus grands
• Coût initial inférieur - Généralement 50 à 150 $ moins cher pour des fonctionnalités comparables
• Matériaux standards uniquement - Parfait si vous vous en tenez au PLA, PETG, ou ABS
• Une expérience d'apprentissage - Le réglage des systèmes Bowden enseigne de précieuses compétences de dépannage
• Grands volumes d'impression - Une tête plus légère permet des cadres plus grands sans problèmes de stabilité

La technologie comble le fossé

Les nouvelles technologies ont rendu les frontières entre ces systèmes moins claires qu’elles ne l’étaient auparavant.Les extrudeuses droites plus légères pèsent moins de 150 g, soit la moitié du poids des anciens modèlesCela permet d'atteindre des vitesses auparavant réservées aux configurations Bowden. En revanche, les systèmes Bowden plus courts, équipés de tubes de 200 à 300 mm, améliorent les temps de réponse tout en conservant la plupart de leurs avantages en termes de vitesse. Les systèmes directs lourds peuvent imprimer à 150 mm/s ou plus rapidement sans perte de qualité grâce à des fonctionnalités logicielles avancées telles que la mise en forme des entréesIl n’y a pas de changements dans la physique de base, mais ces changements techniques ont permis aux deux systèmes de faire plus que jamais auparavant.

Connaissez votre système, imprimez mieux !

Direct Drive abandonne la vitesse pour plus de contrôle. Bowden abandonne le contrôle pour aller plus vite..Ce sont deux outils utiles, mais aucun n'est forcément meilleur que l'autre. Si vous connaissez la méthode utilisée par votre imprimante, vous pourrez modifier les paramètres, choisir les matériaux compatibles et résoudre rapidement les problèmes. Ces informations sont essentielles pour Imprimantes 3D travailler.