Improving Geometric Accuracy of Fused Filament Fabrication (FFF) 3D Printed Parts by Computational Analysis of Digitized Sacrificial Parts

La technologie d’impression 3D de Fabrication par Filament Fondu a gagné une traction et un intérêt significatif dans diverses industries et dans la communauté scientifique en raison de son faible coût et de sa polyvalence. Cependant, atteindre une haute précision géométrique reste un défi, notamment pour les machines d’usage en millieu de bureau ou laboratoire. Ces machines n’ont pas de systèmes en boucle fermée pour garantir le positionnement de la buse déposant le matériau. Elles peuvent être utilisées avec divers matériaux tels que l’Acide Polylactique (PLA), le Polyuréthane Thermoplastique (TPU) ou même des matériaux s’apparentant au chocolat. Les déformations thermomécaniques propres à chaque matériau affectent aussi la qualité géométrique du processus d’impression 3D due à la haute température du matériau nécessaire pour le déposer sur le plateau de construction de la machine ou sur les couches précédentes. Cette thèse postule qu’il existe deux composantes aux déviations d’une pièce imprimée en 3D: la composante systématique, qui peut être répétée d’une itération à l’autre en utilisant la même machine avec les mêmes paramètres d’impression, et l’erreur aléatoire, qui est le produit de facteurs externes, de la composition non uniforme du matériau et des vibrations causées par le mouvement de la machine. Cette dernière composante ne peut pas être prédite avant le processus d’impression et donc ne peut pas être réduite que par l’augmentation de la stabilité du processus d’impression lui-même. En revanche, les déviations systématiques pourraient être connues avant le début du processus d’impression et peuvent être améliorer de manière générale en appliquant l’inverse des déviations systématiques à la géométrie qui sera imprimée. Dans cette thèse, cela se traduit par l’ajustement du maillage de surface de la géométrie nominale. Ce document présente nos recherches pour déterminer comment extraire les déviations systématiques d’une imprimante 3D basée sur des mesures de pièces imprimées en 3D à l’aide d’un scanner 3D à lumière structurée. Nous démontrons d’abord qu’une moyenne des déviations mesurées des pièces imprimées en 3D peut être utilisée pour approximer les déviations systématiques d’une pièce imprimée en 3D et que l’utilisation de la déviation moyenne pour compenser le maillage de surface nominal donne des résultats positifs. Les mesures de déviation moyenne consomment cinq pièces sacrificielles, ce qui est à la fois une perte de temps et de matériau significatif. C’est également spécifique à un matériau et à une machine à un moment donné.