Comment choisir entre un extrudeur Bowden et un extrudeur à entraînement direct ?

Dans le domaine de l’impression 3D, la configuration de l’extrudeur que vous choisissez peut faire toute la différence entre une impression réussie et impeccable et un processus d’essais et d’erreurs frustrant. Les extrudeurs en impression 3D FDM se présentent sous diverses formes, mais malgré les différences complexes de chacun, ils s’adaptent tous à l’un ou l’autre des deux types de configuration. Les extrudeurs Bowden et les extrudeurs à entraînement direct sont les deux systèmes distinctes, chacun présentant des avantages et des défis. Mais comment savoir lequel choisir ? Pour comprendre les subtilités de ces deux types d’extrudeurs, nous avons examiné de plus près leurs performances en termes de qualité d’impression, de vitesse, de polyvalence, etc.

Avant d’examiner les différences, il est important de savoir ce qu’est exactement un extrudeur. C’est un composant essentiel d’une imprimante 3D FDM. À ne pas confondre avec la buse, l’extrudeur est le mécanisme responsable de l’alimentation précise du filament dans la partie chaude de l’imprimante 3D, où il est ensuite fondu et déposé couche par couche pour créer un objet tridimensionnel. L’extrudeur est chargé de maintenir un flux de filament constant, de contrôler le taux d’extrusion et d’assurer le placement précis du matériau fondu sur le plateau d’impression. Son rôle dans le processus d’impression fait de son choix une décision cruciale, car il a un impact direct sur des facteurs tels que la qualité d’impression, la vitesse, la compatibilité des matériaux et les capacités globales du système d’impression 3D.

Crédits photo : Sculpteo

Extrudeur Bowden ou direct : ce qu’il faut savoir

Mais quelle est exactement la différence entre les deux ? Un extrudeur Bowden se caractérise par la séparation du moteur de l’extrudeur et de l’ensemble de l’extrémité chaude. Un tube en PTFE (également connu sous le nom de tube Bowden) relie les composants, ce qui permet de réduire la masse en mouvement sur le chariot et d’accélérer les mouvements pendant l’impression. Cette configuration est privilégiée par ceux qui recherchent des impressions plus fluides et plus rapides. La configuration Bowden permet de minimiser les vibrations, ce qui est particulièrement avantageux pour l’impression de modèles complexes et délicats. Cela s’explique par le fait qu’il y a moins de masse à déplacer brusquement. La force d’accélération étant égale à la masse multipliée par la vitesse, il est plus facile d’accélérer et de décélérer rapidement un objet plus léger. En outre, plus l’objet est léger, moins il accumule d’élan (énergie cinétique). Cependant, la distance accrue entre le moteur de l’extrudeur et l’extrémité chaude peut poser des problèmes avec les filaments flexibles, car ils ont tendance à se déformer à l’intérieur du tube, ce qui affecte la régularité de l’extrusion. Ce problème est en partie dû à la friction induite par le tube en PTFE ou le tube Bowden.

En revanche, un extrudeur à entraînement direct est doté d’un couplage direct entre le moteur de l’extrudeur et l’extrémité chaude, ce qui élimine la nécessité d’un long tube. Cette configuration permet de mieux contrôler le mouvement du filament, ce qui en fait un choix idéal pour l’impression avec un large éventail de matériaux, y compris les filaments souples. La capacité de l’extrudeur à entraînement direct à exercer une pression constante sur le filament permet de mieux contrôler l’extrusion et d’améliorer les performances de rétraction, ce qui réduit les risques de stringing et de suintement. Cependant, l’augmentation de la masse du chariot peut introduire des vibrations et limiter les vitesses d’impression, ce qui entraîne des effets de ghosting et de ringing qui sont réduits dans un extrudeur Bowden.

Comparaison visuelle entre les propriétés d’un extrudeur à entraînement direct (à gauche) et d’un extrudeur bowden (à droite) (crédits photo : ResearchGate)

Choisir une buse

Bien entendu, l’extrudeur n’est pas le seul élément à prendre en compte. Le choix d’une buse a un impact significatif sur la qualité et l’efficacité de vos impressions, que vous utilisiez un extrudeur Bowden ou direct. Dans le cas des installations Bowden, où le filament doit traverser un tube avant d’atteindre la buse, le choix de la bonne buse devient particulièrement crucial. En effet, celles fabriquées dans des matériaux à forte conductivité thermique, tels que le laiton, sont particulièrement efficaces dans ces configurations.

En effet, le parcours plus long du filament dans les systèmes Bowden peut entraîner une augmentation de la friction et de la résistance, ce qui risque d’affecter le processus d’extrusion. L’utilisation d’une buse à bonne conductivité thermique permet de maintenir un flux de filament constant et de réduire le risque de colmatage, car dans un système Bowden en particulier, la réduction de la pression exercée sur le filament par la buse permet d’éviter les problèmes en cours de chaîne. L’utilisation d’une buse à bonne conductivité thermique ou d’une buse à haut débit (Bondtech CHT ou E3D volcano par exemple) permet de maintenir un flux de filament constant et de réduire le risque de colmatage.

En revanche, la dynamique des extrudeurs à entraînement direct soulève un ensemble différent de considérations. Dans ces configurations, le moteur de l’extrudeur est situé plus près de l’extrémité chaude, ce qui raccourcit le parcours du filament. Cette trajectoire réduite du matériau minimise la friction et la résistance rencontrées par le filament, ce qui permet d’utiliser efficacement une plus large gamme de tailles de buses. A noter que l’utilisation de certains filaments peut user votre buse plus rapidement – c’est le cas par exemple des composites qui contiennent des particules abrasives. Cette même nature abrasive use également le tube en PTFE de l’installation Bowden.

Le matériau et le diamètre d’une buse jouent un rôle essentiel dans l’équilibre entre la qualité et la vitesse d’impression (crédits photo : filament2print)

Ce qu’il faut prendre en compte pour l’impression 3D

Lorsqu’il s’agit d’obtenir une qualité d’impression exceptionnelle et des détails complexes en peu de temps, l’extrudeur Bowden est souvent la meilleure solution. Sa légèreté réduit les risques de mouvements brusques qui pourraient endommager la surface de l’impression à grande vitesse. C’est donc un excellent choix pour les projets exigeant une grande précision, tels que les prototypes architecturaux et les œuvres d’art complexes. En revanche, le contrôle immédiat du flux de filament par l’extrudeur à entraînement direct convient mieux aux impressions nécessitant une utilisation diversifiée des matériaux, ainsi qu’aux modèles exigeant des rétractions précises pour éviter le phénomène de stringing. Toutefois, il est recommandé d’utiliser un extrudeur à entraînement direct à une vitesse d’impression plus lente si vous recherchez un résultat de meilleure qualité.

Si la vitesse est essentielle, l’extrudeur Bowden se distingue généralement par son risque réduit de vibrations à des vitesses plus élevées. Cela en fait un concurrent de choix pour les impressions de grande taille, moins complexes, qui doivent être produites rapidement. Un extrudeur à entraînement direct, bien qu’il ne soit pas aussi rapide qu’un Bowden, compense par sa capacité à traiter une plus grande variété de matériaux. Il vous offre également le contrôle, la polyvalence et la possibilité de traiter différents matériaux.

Outre les considérations susmentionnées, des réglages de rétraction corrects (le processus consistant à retirer temporairement le filament de la buse pendant les mouvements de non-impression) sont essentiels pour obtenir des impressions propres. L’équilibre entre la distance et la vitesse de rétraction est crucial pour éviter les problèmes d’alimentation ou de stringing. Des techniques telles que la marche en roue libre et le saut en Z réduisent les imperfections, tandis que les configurations multi-extrudeurs exigent un contrôle spécifique de la rétraction. Des facteurs tels que le matériau, la température et l’environnement d’impression influencent le comportement de la rétraction. Les tests et l’étalonnage sont également essentiels, car pour trouver les bons réglages, il faut expérimenter afin de s’adapter aux complexités de l’imprimante, du filament et du modèle. Un extrudeur Bowden nécessitera des rétractions plus longues car le jeu causé par la friction est plus important. En revanche, les extrudeurs à entraînement direct nécessitent des rétractions très faibles, voire inexistantes, ce qui les rend plus adaptées aux filaments souples

Quoi qu’il en soit, que vous soyez un professionnel chevronné ou un novice en impression 3D, votre choix entre un extrudeur Bowden et un extrudeur à entraînement direct doit être une décision bien informée basée sur les exigences uniques de votre projet. Les deux types d’extrudeurs ont leurs avantages et leurs inconvénients, ce qui vous permet d’adapter votre choix aux besoins spécifiques de chaque impression.

Et vous, vous êtes plutôt extrudeur Bowden ou direct ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !

*Crédits photo de couverture : E3D (gauche) et 3Dnatives (droite)