Impression 3D

Atelier d'introduction à l'impression 3D FDM : de la CAO à la pièce, avec un slicer

Objectifs de l'atelier

• Comprendre les contraintes de fabrication propres à l'impression 3D
• Comprendre la différence entre les fichiers .FCStd, .STEP, .3MF/.STL et .GCODE
• Savoir choisir les bons paramètres d'impression
• Utiliser un slicer (Orca Slicer, Bambu Studio ou PrusaSlicer)
• Identifier les défauts courants et savoir les régler
• Savoir choisir le bon filament (PLA / PETG)
• Savoir préparer une imprimante

Matériel requis

• Imprimantes 3D FDM (Bambu Lab / Prusa)
• PCs avec un slicer installé (Orca Slicer)
• Pièces de démonstration : pièces cassées (décollement de couches), surplombs, ponts, tests de tolérances
• Filaments PLA et PETG
• Alcool isopropylique (IPA) + chiffon non pelucheux pour le lit
• Laine pour nétoyer la buse

Informations

0. Sécurité

Chaleur

danger

La buse (200–250 °C) et le plateau (60–85 °C) brûlent rapidement. Ne jamais approcher les doigts d'une tête en mouvement (Surtout sur la X1C)

Mécanique et manipulations

attention

La tête et le plateau bougent vite et fort. On met en pause avant de toucher quoi que ce soit à l'intérieur, et on attend que le plateau refroidisse si la pièce est trop difficile à décoller.

1. La chaîne de fabrication : du CAO à la pièce

Trois familles de fichiers, trois étapes différentes :

  FreeCAD (.FCStd)
        │  export
        ▼
      .STEP  ────►  SLICER  ────►  .GCODE  ────►  Imprimante
   (Modèle 3D)     (conversion en couches)   (instructions machine)

Format	Ce que c'est	Modifiable ?	Contient
.FCStd	projet FreeCAD (CAO paramétrique)	oui, complètement (esquisse, arbre de construction)	historique de construction, contraintes, paramètres
.STEP	standard d'échange de solide (B-Rep)	oui, la plupart des CAO le rouvrent comme un solide	géométrie exacte, pas d'historique
.STL	maillage de triangles (« peau » figée)	compliqué	triangles seulement : pas d'unité, pas d'échelle, pas de couleur
.3MF	maillage + métadonnées	compliqué	maillage + unités + orientation, souvent les réglages du slicer
.GCODE	instructions machine	très compliqué	déplacements, températures, vitesses, rétractions -> spécifique à une imprimante

• On modifie un .FCStd, on échange un .FCStd/.step pour l'impression, on imprime un .GCODE.
• Le GCODE est propre à l'imprimante et au filament (et parfois au plateau / à la buse). Un GCODE généré pour une Prusa ne s'imprime pas sur une Bambu.
• Pour un aller-retour en CAO, on demande toujours le FCStd (ou le STEP) jamais le STL/3mf.

remarque

Il est possible de retrouver un modèle paramétrique à partir d'un fichier maillé (stl/3mf) en faisant ce qu'il s'appelle du reverse-engineering, ce n'est pas l'object de l'atelier.

2. Murs et anisotropie : la solidité d'une pièce imprimée

Une pièce imprimée n'est pas un bloc homogène, c'est un empilement de cordons de plastique fondu collés les uns aux autres:

a. L'anisotropie

Direction de l'effort	Comportement	Pourquoi
Dans le plan des couches (XY)	résistant	c'est le plastique lui-même qui travaille, cordon par cordon
Perpendiculaire aux couches (Z)	la pièce se décolite	seule la liaison entre deux couches tient la charge

Exemples

danger

La liaison entre deux couches est bien plus faible que la résistance du plastique lui-même. Une pièce sollicitée « entre les couches » ne casse pas net : elle se délite, couche par couche.

astuce

Pour plus d'information: Design for 3D-Printing

b. Ce sont les murs qui portent la charge

La solidité vient des murs (périmètres), pas du remplissage.

Paramètre	Rôle réel	Effet sur la solidité
Murs / périmètres	coque de la pièce, reprend la traction et la flexion	fort +++
Remplissage (infill)	supporte les couches du dessus, évite l'affaissement	modéré
Couches sup./inf.	ferment la pièce, évitent les trous	faible (propreté, étanchéité)

astuce

En pratique : monter de 2 à 4 murs apporte beaucoup plus de solidité que de passer le remplissage de 15 % à 50 %, et pour beaucoup moins de temps et de filament.

3. Contraintes de fabrication

a. L'orientation

Il faut choisir en même temps où la pièce est solide, quelle face touche le plateau et combien de supports il faudra. Les trois se contredisent souvent : il faut arbitrer.

Orientation	Avantages	Inconvénients
À plat	solide dans le plan, rapide, peu de supports	peut casser en flexion entre les couches
Debout	bon pour les pièces en compression	moins solide en traction, plus de supports, plus long

b. Surface sur la plaque

• La face posée sur le plateau prend l'état de surface du plateau (lisse, texturé PEI, « peau d'orange »). C'est en général la plus propre : on y met la face visible ou la face fonctionnelle plane.
• Attention au pied d'éléphant : la première couche est écrasée pour adhérer, elle peut légèrement baver sur les côtés. Une surface d'appui précise imprimée directement sur le lit sera fausse de quelques dixièmes.
• Une grande surface plane sur le lit = risque de warping.

c. Les surplombs (overhangs)

Un surplomb s'imprime tant que la couche suivante repose suffisamment sur la précédente.

Angle par rapport à la verticale	Résultat
< 45°	passe tout seul
≈ 45°	limite (dépend du refroidissement, de la hauteur de couche)
> 45°	affaisse, bave → supports nécessaires
Pont (bridge)	franchissement horizontal entre deux appuis : faisable avec un bon refroidissement, sans support

d. Les tolérances

L'imprimante n'est pas très précise:

• un trou imprimé sort toujours plus petit que dessiné (le cordon se referme) ;
• un axe sort toujours plus gros ;
• le jeu FDM typique est de 0,2 à 0,4 mm (par côté) selon l'imprimante et la buse.

attention

Ne pas concevoir de filetage M3 imprimé juste, prévoir un avant-trou pour insert thermique ou un logement d'écrou. De même, ne pas empiler les tolérances sur une chaîne de pièces.

e. Les supports et leurs limites

Les supports marquent la surface, sont difficiles à enlever dans les cavités et peuvent casser les petites features. Avant de mettre du support partout :

1. Réorienter la pièce ;
2. ajouter des chanfreins (un chanfrein à 45° remplace un support) ;
3. diviser la pièce en deux et l'assembler ;
4. seulement ensuite : supports.

Supports Linéaires

Supports Organiques

Type de support	Usage
Grille / linéaire	cas général, facile à enlever sur surface plate
Organique	surplombs ponctuels, cavités difficiles, moins de matière
Dissoluble (PVA)	géométries impossibles à nettoyer, surfaces internes propres

Supports avec modificateurs : dans un slicer moderne, on ne met pas de support « partout ». On peint les zones où l'on en veut, et on bloque ailleurs. De la même manière, un modificateur est un volume qui impose des réglages locaux (plus de murs ou plus de densité autour d'un trou de vis, moins de remplissage dans une zone creuse).

4. Défauts d'impression courants

Défaut	Cause	Correctif
Première couche qui n'accroche pas (cordons séparés, accroche par morceaux)	lit sale (traces de doigts/graisse), Z-offset trop haut, plateau voilé ou mauvais revêtement, températures basses	laver le lit à l'alcool, refaire leveling / Z-offset, monter un peu la température du lit et de la première couche, première couche lente, augmenter la surface de contact (brim)
Warping (coins qui se relèvent, pièce décollée)	retrait du plastique en refroidissant (grande surface plane, matériau qui retire, courants d'air)	brim, lit propre et chaud, caisson / éviter les courants d'air, sectionner la surface au sol (évider, ajouter des dégagements, arrondir)
Spaghetti (pelote de fil)	la première couche a lâché, la buse a imprimé dans le vide et a tiré le fil	arrêter immédiatement, nettoyer, refaire, la prévention, c'est la surveillance de la première couche
Cheveux d'ange (stringing)	température trop haute, rétraction insuffisante, filament humide	baisser la température, régler la rétraction, sécher le filament
Sous-extrusion / buse qui claque	buse partiellement bouchée, débit mal réglé, filament abîmé ou humide	purge, déboucher (aiguille / cold pull), sécher le filament
Décalage de couches (layer shift)	courroies ou poulies desserrées, vitesse trop élevée, pièce qui a bougé	retendre, baisser la vitesse, vérifier l'adhérence
Pied d'éléphant	première couche trop écrasée	régler Z-offset, activer la compensation prévue par le slicer

remarque

La grande majorité des défauts se lisent sur la première couche.

astuce

Pour plus d'informations, voir le guide de simplify3D

5. Préparer l'imprimante

• Nettoyage de la surface du lit : alcool + chiffon propre. Ne pas toucher la surface avec les doigts, le gras de la peau est le premier ennemi de l'adhérence.
• Nettoyage / vérification de la buse : purge avant impression, retirer les résidus, vérifier qu'aucun filament ne colle autour ; si la buse est partiellement bouchée, ne pas lancer l'impression
• Vérification mécanique : plateau sans jeu, leveling automatique, Z-offset, bobine qui tourne librement.
• Surveillance de la première couche : on reste devant la machine pendant la première couche. Critères : cordons jointifs et légèrement écrasés, pas d'espace entre les lignes, surface régulière, aucune levée.
• Changement de filament : voir Partie A. Toujours purger complètement entre deux couleurs ou deux matériaux.

astuce

En cas de doute, n'hésitez pas à demander de l'aide à un membre plus expérimenté

6. Choisir son filament : PLA vs PETG

	PLA	PETG
Température buse	190–220 °C	230–250 °C
Température plateau	55–65 °C	70–85 °C
Rigidité	très rigide	plus souple / ductile
Résistance aux chocs	faible (cassant)	bonne
Température d'usage	~55–60 °C (se ramollit)	~70–80 °C
Adhérence au plateau	facile	colle beaucoup (PEI texturé conseillé)
Facilité	le plus indulgent	tolère moins d'erreurs (stringing, adhérence)
Usage typique	prototypes, boîtiers, maquettes, décoratif	pièces fonctionnelles, supports, pièces un peu chaudes

Exemples concrets :

• PLA : un boîtier de prototype, un support de LED, une maquette d'assemblage. À éviter pour une pièce qui vit dans une voiture au soleil (elle se déforme) ou qui doit encaisser des chocs répétés.
• PETG : un support de moteur, un clip qui doit fléchir sans casser, une pièce proche d'un élément tiède. Plus résistant, mais plus délicat : filaments qui collent au plateau, cheveux d'ange, adhérence capricieuse.
• TPU (souple), ABS/ASA (résistants à la chaleur et aux UV, mais nécessitent un caisson) : à mentionner, à réserver aux besoins réels.
• Les deux craignent l'humidité : un filament humide crépite dans la buse, donne un aspect irrégulier et beaucoup de stringing → on le sèche (déshydrateur / four) et on le range avec un dessiccant.

7. Un slicer : le vocabulaire minimal

Orca Slicer, Bambu Studio et PrusaSlicer partagent le même moteur de slicing (dérivés de PrusaSlicer) : les concepts ci-dessous sont identiques, seule l'interface change. Un profil = imprimante + filament + qualité.

Paramètre	Ce que ça change	Point de vigilance
Hauteur de couche	finesse vs temps	0,2 mm = standard ; 0,28 mm rapide ; 0,12 mm fin
Murs / périmètres	solidité	3–4 murs
Remplissage	support interne	10–20 % suffisent souvent (gyroïde / cubique)
Couches sup./inf.	fermeture de la pièce	≥ 3
Supports	zones en surplomb	à limiter, à peindre
Brim / skirt / raft	adhérence	brim pour les grandes pièces plates
Vitesses	temps vs qualité	première couche lente
Températures	fusion et adhérence	suivre la fiche du filament
Refroidissement	surplombs vs warping	moins de ventilation sur la première couche

Atelier

1. Partie A : Chargement / déchargement du filament (Bambu / Prusa)

Liste des composants

• 1 imprimante 3D (Bambu Lab ou Prusa)
• 1 bobine de PLA
• 1 bobine de PETG
• 1 pince coupante

Étapes

1. Chauffer la buse via l'écran (menu charge/décharge du filament sur Bambu, Preheat PLA sur Prusa).
2. Couper l'extrémité du filament en biseau
3. Insérer et pousser jusqu'à ce que la machine entraîne le filament ; laisser extruder un cordon.
4. Contrôler le cordon : régulier, vers le bas, pas en spirale (spirale = buse partiellement bouchée).
5. Décharger : chauffer, laisser la machine dégager le filament, retirer, recouper l'extrémité et la fixer sur la bobine.
6. Refaire la manip avec le PETG et comparer (températures, souplesse, adhérence du cordon).

attention

Ne jamais tirer sur le filament à froid : on abîme l'extrudeur. On chauffe d'abord, on décharge ensuite.

2. Partie B : Premier slicing et première impression (pièce simple et rapide)

Liste des composants

• 1 PC avec le slicer
• 1 imprimante 3D préparée
• 1 bobine de PLA
• 1 pied à coulisse
• Modèle 3D pour l'impression

Étapes

1. Importer le fichier fourni (.STEP). Vérifier les unités et l'échelle (une pièce de 20 mm doit mesurer 20 mm).
2. Orienter la pièce : face plane sur le plateau, aucun surplomb important.
3. Ajouter du texte sur la pièce.
4. Élargir la pièce pour le texte
5. Choisir le profil : imprimante + filament PLA + qualité 0,2 mm.
6. Lire l'aperçu : hauteur de la pièce, temps d'impression, consommation de filament, et surtout la première couche.
7. Envoyer directement l'impression par le réseau.
8. Lancer et rester devant la première couche. Si ça n'accroche pas : arrêter, nettoyer le lit, refaire.
9. Une fois la pièce sortie, la mesurer au pied à coulisse et noter l'écart avec les cotes de conception

3. Partie C : Murs, supports et modificateurs

Liste des composants

• 1 PC avec le slicer
• 1 pièce de démonstration avec surplomb et pont
• 1 imprimante 3D + PLA

Étapes

1. Slicer la pièce sans support et observer l'aperçu : repérer les zones en surplomb.
2. Réorienter la pièce pour minimiser les surplombs, puis comparer les temps et la quantité de filament.
3. Ajouter du support peint uniquement sous la zone nécessaire, en arbre ; comparer avec un supports partout
4. Ajouter un brim sur un test de grande surface plate et observer la différence au niveau de la première couche.
5. Passer les murs de 2 à 4 et mesurer l'effet sur le temps et sur la rigidité de la pièce imprimée (test de flexion à la main).
6. Ajouter un modificateur (volume) pour densifier localement une zone qui reprend une vis, ou au contraire alléger une zone pleine.

remarque

L'objectif n'est pas de trouver « les bons réglages », mais de comprendre le coût de chaque choix.

4. Partie D : Préparer une pièce complexe

Liste des composants

• 1 PC avec le slicer
• 1 fichier de pièce complexe fourni (.STEP ou .FCStd)
• 1 imprimante 3D + filament adapté (PLA ou PETG selon l'usage)

Étapes

1. Ouvrir la pièce et identifier sa fonction, quels efforts elle subit, quelle face est visible, quelles cotes sont critiques.
2. Choisir l'orientation en justifiant, sens des efforts (anisotropie), surface posée sur le plateau, surplombs.
3. Décider des supports : où, quel type (grille / arbre), et où les bloquer quand c'est inutile.
4. Adapter les réglages (murs, remplissage, hauteur de couche) à la fonction de la pièce.
5. Vérifier les tolérances prévisibles (trous, axes, emboîtements) et le temps total.
6. Valider l'aperçu

5. Nettoyage

• Laisser refroidir le plateau puis retirer la pièce (souvent elle se décolle seule) — sinon à la spatule, jamais au cutter.
• Nettoyer la surface du lit à l'alcool si besoin et remettre le plateau en place.
• Éteindre les imprimantes et les PCs, ranger les pièces de démo, les chutes et les pinces.