Lorsqu'on m'a demandé de réaliser un bac de portière en impression 3D, la difficulté est montée d'un cran comparé à l'impression de pièces de petite taille (au maximum une vingtaine de centimètres) que je réalisais d'habitude.

Cette pièce mesurait 75 cm de long, soit environ trois fois plus que la capacité de l'imprimante utilisée, la Anycubic Photon M3 Max.

Au cours de ce projet, nombre d'erreurs ont été faites, et si cet article vous permet de réaliser plus rapidement des grandes pièces sans avoir envie de jeter votre imprimante à la poubelle, il aura atteint son objectif !

Création de la forme de base

Le client m'a fourni son bac de portière gauche et souhaitait un bac de portière droit, donc son symétrique. Il a ainsi donc fallu recréer en 3D sa pièce à partir de l'originale. Armé d'une règle, d'un mètre et de l'indispensable pied à coulisse, le bac a été recréé dans Fusion360.

Il était crucial de placer les éléments de connexion au bon endroit pour pouvoir fixer le bac à la contre-porte. Ainsi, de nombreuses mesures ont été prises ainsi que des photos pour recréer la pièce.

Stratégie de séparation

Pour séparer notre modèle en plusieurs parties, la première chose à prendre en compte est la taille d'impression maximale de la machine. Ici, il s'agissait d'une Anycubic Photon M3 Max avec un volume d'impression de 298x164x300mm.

Notre pièce mesure 743x160x85mm. La stratégie de découpage fut relativement simple étant donné qu'uniquement la longueur était trop importante. Le modèle est donc séparé en trois parties d'environ 25cm de long.

Un découpage préférable au niveau de la stabilité de l'ensemble/facilité d'assemblage aurait été une découpe au niveau de la nervure centrale (entre les parties 2 et 3 ci-dessous). Cependant, les pièces résultantes auraient dépassé la taille maximale autorisée par l'imprimante, et il aurait fallu les rediviser pour compenser ce qui aurait éliminé cet avantage. 

Ce qu'il ne faut pas faire en divisant son modèle

Une fois le modèle découpé en trois morceaux, j'ai fait trois erreurs:

1. Ne pas modéliser une interface de connexion, soit tout ce qui permet de bien placer les modèles les uns par rapport aux autres et de les fixer ensemble.
2. Vouloir tout imprimer en une seule fois en positionnant les modèles dans une situation non optimale pour les imprimer.
3. Passer les pièces aux UV avant de les connecter entre elles.

Résultat, cela a retardé la livraison du bac. Côté finances, ça a été l'équivalent de 70€ et 29h d'impression partis en fumée.

Création d'une interface de connexion

Afin de lier nos parties de bac ensemble, il a donc fallu créer une interface de connexion. Le précédent essai utilisait uniquement de la colle sur une section réduite qui n'a pas tenu le choc. Pour obtenir une connexion précise et solide, nous avons utilisé et une languette de positionnement sur laquelle de la colle serait appliquée ainsi que des vis CHC M2x10 sur tout l'intérieur.

En plus de solidifier l'ensemble le long de sa durée de vie, les vis permettent à la colle de bien s'appliquer sur les surfaces sans se décoller tant qu'elle n'est pas sèche.

L'avantage de l'impression 3D résine, c'est sa précision de 0,1mm. Ainsi, tant qu'il ne s'agit pas de pièces mécaniques demandant des ajustement précis, la modélisation des éléments peut se faire (presque) toujours sans tolérances.

Stratégie de positionnement des pièces

Pour le bac raté, tout avait été imprimé en une seule fois. Comment cela a t-il été possible ? En les positionnant de manière non optimisée. Pour tous les faire rentrer dans le volume d'impression, ils ont été placés à la verticale.

Ainsi, lors du "slicing" (La division du modèle en couches d'impression), des grandes zones de résine ont été imprimées d'un seul coup sans structure suffisante pour les retenir.

Ce phénomène est particulièrement visible en haut à gauche de l'animation ci-dessus. On passe d'une matrice de supports à une grande zone de matière. Résultat, au moment où le plateau remonte, la force exercée sur le film FEP de l'imprimante est très importante et la liaison de cette couche à la précédente se déchire.

Les liaisons internes et externes à cette géométrie n'ont pas tenu le choc

Alors, comment orienter sa pièce ? Cela dépend de plusieurs paramètres à optimiser en fonction de son besoin:

1. Le coût
2. Le temps d'impression
3. La qualité finale (plus la pièce est qualitative en sortie d'imprimante, moins il y aura de travail de finition)

Cela fait toujours mal au cœur de voir tant de résine partir dans les supports... Mais nous n'avons pas le choix !

Avec ce comparatif, nous pouvons identifier trois solutions valables pour notre partie de bac de portière:

1. Pour optimiser le coût, l'inclinaison de 2° est gagnante. A "seulement" 55% de résine utilisée pour les supports, elle permet d'imprimer la pièce pour 24€ tout en évitant les désagréments de l'impression 100% verticale. En revanche, ce faible angle risque de créer un effet escalier sur les surfaces. Rien de bien grave, mais un temps supplémentaire de ponçage est à prévoir.
2. Imprimer la pièce sur le côté permet d'optimiser le temps d'impression. En effet, les 11h de gagnées sont loin d'être négligeables, surtout si la livraison est pressée. De plus, elle est globalement d'une qualité équivalente à l'inclinaison de 2° et ne coûte que 2,50€ de plus.
3. Pour être certain d'obtenir la meilleure qualité possible, l'inclinaison à 45° est idéale car on est à peu près certains de ne pas rencontrer de problèmes d'impression. Le surcoût est élevé comparé à l'inclinaison de 2° (+8,60€) mais il peut être compensé par un taux d'impressions réussies plus élevé.
   

Pour réimprimer le bac, j'ai opté pour une impression sur le côté pour lancer l'impression le soir et récupérer la pièce dans le courant de matinée. L'impression s'est déroulée sans problème.

Maintenant que nous avons déterminé l'orientation de notre pièce, occupons nous des supports en eux mêmes. Dans la plupart des slicers disponibles (ChiTuBox, AnycubicPhotonWorkshop, Lychee...)  les supports sont paramétrables.

Afin de déterminer quelle structure était idéale, cette pièce de test a été imprimée trois fois avec trois types de supports différents.

Pour tester la limite de solidité de tous ces supports, la pièce a été imprimée dans un sens non optimal (grande surface sans rien dessous pour répliquer l'erreur commise au point 2).

Nous pouvons constater que les deux pièces "Light" et "Medium" présentent des défauts majeurs. La pièce Medium s'est carrément cassée tandis que la pièce Light présente une grande fissure rendant la pièce défectueuse. Seuls les supports "Heavy" ont tenu le coup. En revanche, la pièce est moins précise dimensionnellement avec 0,1mm d'écart en largeur comparé à sa dimension nominale. Ces écarts de dimensions feront l'objet d'une prochaine étude.

Application au bac de portière

Pour étudier un cas réel, penchons nous sur le bac. Dans l'étude du point 2, des supports "Light" ont été utilisés. En essayant toutes les versions, on obtient les résultats suivants:

Ainsi, les supports les plus avantageux au global sont les "Heavy". Ils utilisent 57ml de résine en plus comparé aux "Medium", mais l'impression a plus de chance de donner un bon résultat qui n'aura pas à être rattrapé en finition.

Le défaut majeur des "Heavy" est leur marque plus importante laissée sur la pièce, mais étant donné qu'un gros assemblage comme celui-ci nécessitera du traitement et ponçage par la suite, ce n'est pas un inconvénient ici.

Avec les résultats de cette étude, nous pouvons comparer la première stratégie d'impression qui a été un échec à cette stratégie d'impression optimisée:

Partie 1 - Bleue

Partie 2 - Grise

Partie 3 - Rouge

Total bac de portière

Conclusion

L'optimisation de la méthode d'impression a permis d'économiser 309 mL de résine pour la même impression, donc de fortement réduire les coûts: -26%. Par la même occasion, la qualité de l'impression s'est améliorée, donnant un rendu plus qualitatif, sans grands défauts d'impression à rattraper.