avril 2014 – Le Labo : drones FPV, impression 3D, robotique et autres projets DIY (Arduino…)

Lissage et finitions du PLA

Après quelques expériences au succès plutôt mitigé, j’ai tenté l’option enduit – peinture – vernis, avec pas mal de ponçage à la main. Le résultat est vraiment très satisfaisant, mais ça demande quand même un peu de temps.

Voici comment j’ai procédé. Tout d’abord, un peu de matériel :

Quelques outils pour nettoyer les grosses imperfections
Du papier de verre assez fin
De la laine d’acier pour un beau ponçage

Et, de gauche à droite :

De l’enduit de lissage (mastic de finition acrylique, pour auto)
Peinture blanche (j’ai retrouvé des vieilles bombes de peinture Games Workshop)
Du vernis

Tout d’abord, impression avec des couches de 0.1 mm.

On nettoie l’objet des gros ratés et on passe un très léger coup de papier de verre assez fin, histoire de retirer le gros des imperfections mais sans trop attaquer le model.

J’applique l’enduit. J’ai mis 3 couches. Attention à bien doser, il faut en mettre suffisamment sans que ça bave. Mieux vaut prendre son temps et faire plus de couches fines.

Les couches sont déjà nettement moins visibles. Il est temps de lisser tout ça.

Pour poncer, j’ai utilisé de la laine d’acier. Il faut frotter un moment, mais j’ai été très étonné du résultat ! En ponçant suffisamment, on peut faire disparaître complètement les couches.

Après le lissage, c’est le moment de la peinture. J’ai passé 3 couches de peinture blanche. Mêmes recommandations : plusieurs fines couches sont préférables. La peinture aide aussi à masquer les couches.

Pour finir, j’ai appliqué 2 couches de vernis satin, je n’avais pas de brillant sous la main.

Même si ce n’est pas encore parfait, le résultat est vraiment sympa.

Les joies de l’étalonnage

Deux semaines plus tard, me revoilà. J’avais réussi a obtenir des impressions très belles. Mais j’ai très vite déchanté quand il s’est agit d’imprimer des pièces de précision : les objets imprimés n’étaient pas aux bonnes dimensions ! Par exemple, pour une boite de 20 mm x 20 mm x 10 mm, j’obtenais une boite de 21.4 mm x 20.6 mm x 10 mm.

J’ai fait pas mal de tests…

Plusieurs choses à retenir :

lors du calibrage, j’avais beaucoup trop resserré mes courroies
Mes courroies étaient HS. Je ne sais pas s’il s’agissait de courroies de mauvaise qualité, ou si je les ai abîmées en les tendant trop. En tout cas, j’avais un peu de colle a bois qui avaient coulé sur celle de l’axe X et génait un peu les déplacements, et celle de l’axe Y présentait des marques de pliures douteuses. Bref, j’ai remplacé les 2, je ne les ai pas trop tendues et les résultats ont été beaucoup plus précis !
Un pied à coulisse digital est indispensable pour bien étalonner l’imprimante

Une fois la mécanique fiabilisée, il restait quelques écarts, les dimensions n’étaient pas encore tout à fait parfaites. L’étape suivante consiste donc à étalonner l’imprimante en mettant à jour son firmware pour lui dire, pour chaque axe, combien de pas moteur sont nécessaires pour un déplacement réel de 1 mm. J’ai perdu beaucoup de temps à trouver comment se faisait l’étalonnage. J’ai tatônné et obtenu de très bons conseils via le forum francophone RepRap. Aussi je ne détaillerai pas tout le processus ici et me contenterai d’un lien vers un excellent article qui explique tout cela très bien :

Le blog de Jean-Philippe Abraham, que je remercie chaleureusement 🙂

Au final, ce qui reste peut-être le plus simple est d’imprimer quelques grandes pièces pour faire des mesures précises et calculer les nouvelles valeurs à entrer dans le firmware de l’imprimante. Voici quelques pièces qui m’ont aidé à étalonner et calibrer ma RepRap.

Pour finir, le soulagement, enfin des dimensions correctes ! Contrairement à la photo, le meilleur endroit pour prendre des bonnes mesures est de se positionner sur les dernières couches imprimées.

Enfin l’impression parfaite !

Bon, je m’enflamme un peu, mais cette fois, j’ai obtenu un résultat auquel je n’ai aucun reproche à faire. Je ne pensais même pas atteindre cette précision en construisant mon imprimante.

J’ai repris le modèle du buste de femme. Je voulais retenter ma chance maintenant que le calibrage est bien meilleur. J’ai réduit la taille à 50% de l’original pour ne pas y repasser 13 heures. De plus, j’ai réduit le remplissage (In-fill) de 40% à 15%. Pour plusieurs bonnes raisons :

temps d’impression plus court
moins de plastique utilisé
limiter les accoups violents sur l’axe X causés par un maillage étroit

Cette photo a été prise direct à la sortie d’impression, pas de lissage ni finition. Le résultat est propre, les couches sont assez peu visibles.

La même impression, mais sous lumière puissante pour mieux voir les couches et se rendre compte de l’échelle.

Je suis vraiment satisfait du résultat. Je me laisserais presque tenter par une impression avec des couches de 0.05 mm. Si l’imprimante arrive à suivre, le résultat devrait être bluffant.

Pour finir de valider le bon fonctionnement de la bête, je pense tester quelques impressions de ce kit de calibrage qui devrait mettre l’imprimante à rude épreuve. Je retenterai aussi quelques formes plus aériennes qui avaient foiré la semaine dernière.

Mini impression

Un pote m’a demandé si je pouvais lui imprimer une petite pièce de maquette dont il lui manquait un exemplaire. J’ai tenté le coup et après quelques loupés, le résultat est pas trop mal.

Je ne suis pas certain de pouvoir descendre beaucoup plus bas que ça en terme de taille de pièce avec la Mendel90. Sur la photo suivante, la pièce noire est l’originale, l’orange, la version imprimée après avoir été dessinée avec Sketchup.

Il s’agit en réalité de 2 pièces : la première pour le cône, la seconde pour le tube. Sans support il est impossible d’imprimer cette pièce en une fois.

Pour imprimer correctement le cône, j’ai dû indiquer un remplissage de 100% (avec algo rectiligne). En laissant le remplissage par défaut à 40%, le cône s’affaissait.

Pour le tube, j’ai voulu bien faire en indiquant d’imprimer une jupe collée à l’objet pour assurer une bonne tenue sur le plateau (étant donnée la faible surface de contact avec le plateau). Ce fut un échec, ça ressemblait plus à un pâte qu’à un tube. Pour le second essai, je n’ai pas utilisé de jupe, et à la place de l’algo de remplissage « rectiligne » j’ai utilisé l’algo « concentrique » (toujours à 100% de remplissage). Pas encore parfait, mais suffisant tout de même.

Ajustements et impression à 0.1 mm

Le buste de femme était un bon début mais montrait clairement des défauts de calibrage. Pour commencer, la buse était bien 0.15 mm trop haut. J’ai donc recalibré la planéité du plateau et la hauteur de l’axe Z.

Pour gagner encore en précision, en espérant que l’imprimante suive, j’ai tenté une première impression avec des couches de 0.1 mm. Il s’agit d’un support de carte SD et micro-SD.

Là, grosse catastrophe, après un début qui laisse entrevoir des possibilités à 0.1 mm, ça a viré au carnage. Je n’ai pas compris tout de suite la cause. En fait, la vis qui fixait la poulie sur l’axe du moteur de l’axe X s’était dévissée, après quelques décalages, l’extrudeur ne se déplaçait plus du tout sur l’axe X et évidemment le plastique s’est empilé jusqu’à atteindre rapidement la buse. Ce genre d’incident m’encourage à ne jamais rester trop loin de mon imprimante pendant qu’elle travaille, pour éviter un drame.

Nouvel essai après resserrage de la vis et quelques vérifications du calibrage.

Cette fois, c’est beaucoup mieux. Les couches de 0.1 mm apportent un excellent rendu. Malheureusement, il y a ce décalage horrible en plein milieu qui concerne une trentaine de couches. Je n’ai pas d’explication sûre à 100% mais les impressions suivantes me donnent quelques idées. Jusqu’ici, j’ai utilisé un remplissage (Fill in dans Slic3r) de 0.4, soit 40%. Cela crée un maillage assez étroit, et dans les zones de remplissage, la buse fait des aller-retours à très grande vitesse sur l’axe X. Peut-être que cela entraine parfois un décalage de la poulie sur l’axe moteur. Pour bien faire, il faudrait que j’augmente le méplat de l’axe moteur que je pense être insuffisant. Utiliser un remplissage beaucoup plus faible (15%) augmente la taille du motif de remplissage et limite fortement les accoups sur l’axe X, cela semble avoir réglé mon problème.

Tests de finitions / lissage

Pour comprendre un peu comment se comporte le PLA et voir comment il était possible de retravailler une pièce imprimée pour la rendre plus lisse et mieux finie, j’ai fait quelques tests… moyennement concluants (mais ce n’est pas terminé !).

Il existe des procédés chimiques très efficaces pour lisser le PLA (semblables au principe de lissage de l’ABS avec des vapeurs d’acétone), mais les produits nécessaires sont très dangereux et cancérigènes. Je ne les essaierai pas et j’en déconseille fortement l’utilisation.

Tout d’abord une pièce de test, particulièrement moche.

Premier essai, à la Dremel, avec un rouleau abrasif et un rouleau de « coton ».

Première observation : le PLA se ponce très bien, il faut y aller doucement. Sur la photo suivante, la partie de gauche a été poncée avec le rouleau abrasif, la partie de droite avec le rouleau « mou », qui ressemble à du coton. On arrive assez facilement à faire disparaître les lignes des couches. Étonnamment, le rouleau de coton fonctionne très bien ! Je pense que le plastique se lisse sous l’effet de la chaleur dégagée par les frottements. Avec un petit coup de peinture, on doit pouvoir obtenir des choses acceptables, mais ça demande beaucoup de précision.

Test suivant, beaucoup plus bourrin : au chalumeau. Le résultat est vraiment bon, la pièce devient totalement lisse. Mais les effets sont durs à maîtriser… le plastique peut noirci voir cramer, il se déforme, et pas forcément de manière uniforme. Bref, pas évident à gérer, mais y a de l’idée. A creuser… passage au four ?

Pour finir, le test utopique 😉 J’ai mis à tremper un bon moment le PLA dans une casserole d’eau bouillante…

Le cube n’a pas bougé 🙁 La température de vitrification du PLA se situant vers les 80°C, 100°C c’est trop peu pour amorcer une légère fonte du plastique, dommage.

Prochain test : l’utilisation d’un enduit de lissage sous forme de bombe, j’ai de grands espoirs ! J’attends la livraison avec impatience.

Test d’impression grand volume (hot ! ;)

Jusque là, je n’ai imprimé que des objets d’assez faible volume. la nuit dernière, j’ai lancé une grosse impression : un corps de femme de 14.5 cm de hauteur, en 0.2 mm par couche. L’impression a duré 13 heures !

En plus de voir si l’imprimante tenait le choc, il était intéressant de voir comment elle se comportait sur des formes courbes 🙂

C’est pas mal, mais c’est loin d’être parfait. Je soupçonne que la buse soit un petit poil trop haut, ce qui pourrait expliquer le léger décalage qui se produit parfois entre 2 couches. Une résolution de 0.05 ou 0.1 mm par couche serait également un vrai plus pour ce genre d’impression… des tests sont en cours.

Mais quoiqu’il arrive, les couches seront toujours perceptibles, je commence donc à m’intéresser aux méthodes de lissage/finitions. Quand on imprime avec de l’ABS, on peut faire un lissage magnifique (effet glossy) en utilisant des vapeurs d’acétone. Pour du PLA, ça se complique, le lissage chimique oblige à l’utilisation de produits vraiment dangereux (déjà que l’acétone c’est pas super…). Je regarde donc du côté des enduits de lissage en bombe… j’y reviendrai plus tard.

Au passage, j’ai eu 2 arrêts pendant mon impression : l’un quand j’ai allumé une lampe à côté, l’autre de manière assez aléatoire semble-t-il. Je pensais que mon impression était à jeter. En fait il a suffi de reconnecter Pronterface à l’imprimante, et ça a repris aussitôt ! Bon à savoir. Pour terminer l’impression, j’ai débranché le câble USB imprimante – PC, et je n’ai plus eu de problème. La connexion USB est souvent la cause de problèmes d’interfaçage entre des périphériques avec une alimentation séparée.

Les premiers ratés

L’heure des essais un peu plus complexes a sonné. De jolis ratés, mais c’était instructif.

Tout d’abord un cube avec un renfoncement sur toute les faces. Je m’attendais à avoir un problème en haut du cube (pas de support pour la première couche après le renfoncement). Finalement, j’ai eu un autre souci avant : le cube s’est décollé.

Il y avait un renfoncement en dessous également, du coup, la surface en contact avec le plateau était trop petite pour assurer une bonne adhérence. Une solution serait d’imprimer une couche autour de l’objet (de quelques millimètres) pour maintenir l’objet en place. Dans Slic3r, il s’agit du paramètre « Brim width », dans l’onglet « Print Settings » (il faut être en mode « expert » pour voir ce paramètre).

Test suivant : imprimer un objet « aérien », avec peu d’appuis pour les couches supérieures.

Le même problème que pour le cube s’est présenté. Même en ajoutant un contour comme on peut le voir avec les 2 essais à droite sur la photo, l’objet s’est décollé pendant l’impression.

Finalement, le plateau n’était pas assez chaud, et plus précisément la plaque de verre, elle n’atteignait pas tout à fait les 60°C. J’utilise maintenant les réglages suivants dans Slic3r : température du plateau à 90°C pour la première couche, puis 85°C pour le reste. Ce qui me donne un poil plus de 60°C sur la plaque de verre.

Et ça tient bien !

Mais j’ai eu d’autres soucis… 🙂 Ça « bavait » un peu et les branches ont fini par se casser, je n’ai pas encore tout compris. A retenter avec une résolution plus fine (moins de 0.3 mm), pour avoir des couches plus légères et précises.

Impression d’un support de téléphone

Pour commencer à imprimer des trucs un peu plus fun et volumineux que des petits cubes, j’ai choisi un support de téléphone assez sympa. Il est dispo ici sur Thingiverse.

C’est parti !

Tout se passe bien.

Et le voilà en action 😉

Test d’impression en couche de 0.2 mm

On peut augmenter la résolution en jouant sur l’épaisseur des couches (dans Slic3r). Par défaut, pour une buse de 0.4 mm, 0.3 mm est un bon compromis. Dans cet essai, je suis descendu à 0.2 mm. Effectivement, le résultat est visiblement plus net.

A gauche en 0.3, à droite en 0.2 mm. Malheureusement sur la photo, la lumière n’aide pas à bien percevoir la différence, mais elle est bien là.