Emboîtements en impression 3D : les jeux à prévoir pour que ça rentre

Vous avez dessiné un axe de 10 mm pour un trou de 10 mm. Sur l'écran, c'est parfait. À la sortie de l'imprimante, l'axe refuse d'entrer, ou entre au marteau et ne ressort plus. Rien n'est cassé, personne ne s'est trompé : vous venez de découvrir que deux pièces imprimées « à la cote » ne s'emboîtent presque jamais.

La bonne nouvelle, c'est que le phénomène est prévisible. Ce guide explique d'où viennent ces écarts, puis déroule, étape par étape, la méthode que nous suivons pour qu'un couvercle se ferme, qu'un axe tourne et qu'un clip clipse du premier coup.

Pourquoi le trou est plus petit que prévu

Quatre effets se cumulent, et ils vont presque tous dans le même sens : les trous rétrécissent, les pièces pleines s'élargissent un peu.

La précision de la machine

Une imprimante à filament dépose un cordon de plastique fondu d'environ 0,4 mm de large. Elle ne peut pas être précise au centième. Prusa, fabricant d'imprimantes largement répandues, indique dans son guide de conception une précision de l'ordre de 0,2 mm et recommande au moins 0,3 mm de jeu pour des pièces mobiles. C'est une réalité physique, pas un défaut de réglage.

Les trous facettés

Un cercle exporté en maillage devient un polygone inscrit, donc légèrement plus petit que le cercle d'origine. À l'impression, le cordon de plastique a en plus tendance à « couper les virages » à l'intérieur d'un petit trou, comme l'a documenté le développeur Chris Palmer dans son billet de référence sur les « polyholes ». Les deux effets s'additionnent : plus le trou est petit, plus l'écart relatif est important.

Le pied d'éléphant

La première couche est volontairement écrasée contre le plateau pour bien adhérer. Elle s'étale donc un peu plus large que le reste. C'est ce qu'on appelle le pied d'éléphant ; les trancheurs le compensent en partie, avec une valeur autour de 0,2 mm pour une buse de 0,4 mm selon Prusa. Résultat typique : une boîte dont le couvercle passe partout, sauf tout en bas.

Le retrait de la matière

En refroidissant, le plastique se contracte un peu, et certaines matières se déforment plus que d'autres. Le même guide de Prusa rappelle que ce retrait varie selon le filament. Un ajustement parfait en PLA peut être un peu serré en ASA, et inversement.

Le vocabulaire des mécaniciens, en version courte

La mécanique classique a formalisé tout cela depuis longtemps. Un assemblage entre un « arbre » (la pièce mâle) et un « alésage » (le trou) peut être :

• avec jeu : l'arbre est plus petit que le trou, il glisse ou tourne ;
• avec serrage : l'arbre est plus gros, il faut forcer, et l'assemblage tient seul ;
• incertain : selon les pièces réellement fabriquées, on tombe d'un côté ou de l'autre.

La norme ISO 286 code ces ajustements avec des lettres et des chiffres : un « H7/g6 », par exemple, désigne un jeu usuel pour une pièce tournante ou glissante. Ces classes sont pensées pour l'usinage et se comptent en centièmes de millimètre, voire moins. Une imprimante FDM ne les tient pas. Si votre plan porte ce genre d'indication sur une cote critique, il faudra reprendre la cote après impression (on y vient à l'étape 7) ou envisager une autre technique de fabrication.

Étape 1 : décider comment les pièces doivent vivre ensemble

Avant tout chiffre, une question : que doit faire cet assemblage ? La réponse détermine le jeu à prévoir.

• Serré, définitif : un bouchon qui ne doit plus bouger, un pion enfoncé une fois pour toutes.
• Ajusté, démontable : un couvercle qui tient seul mais s'enlève à la main.
• Glissant : un tiroir, un curseur, une pièce qui coulisse.
• Tournant : un axe de roulette, une charnière.
• Clipsé : une languette qui plie, passe un obstacle et revient en place.

Écrivez-le sur votre croquis, à côté de la cote concernée. C'est l'information la plus utile que vous puissiez nous donner.

Étape 2 : choisir un jeu de départ

Voici les valeurs que nous utilisons comme point de départ en filament, avec une buse de 0,4 mm. Ce sont des valeurs d'atelier, pas une norme : elles se règlent ensuite selon la matière, la taille de la pièce et l'orientation.

En résine, la précision est meilleure et les jeux peuvent souvent être réduits, mais la matière est aussi moins tolérante : un ajustement trop serré ne pardonne pas, la pièce se fend plutôt que de se déformer.

Étape 3 : ne pas compter le jeu deux fois (ni à moitié)

C'est l'erreur de calcul la plus fréquente. Un jeu de 0,3 mm « sur le diamètre » signifie que le trou fait 0,3 mm de plus que l'axe, soit 0,15 mm de chaque côté. Si vous retirez 0,3 mm sur le rayon, vous obtenez 0,6 mm de jeu au diamètre, et votre axe flotte.

Même piège pour un couvercle rectangulaire : le jeu se répartit sur les deux côtés opposés. Pour un couvercle intérieur de 80 mm avec un jeu total de 0,3 mm, le logement fait 80,3 mm, pas 80,6 mm.

Autre règle : n'appliquez le jeu qu'à une seule des deux pièces. Si vous agrandissez le trou et réduisez l'axe, vous doublez le jeu sans le vouloir. Nous choisissons généralement de modifier la pièce la plus facile à réimprimer, ou celle qu'on dessine, quand l'autre est une pièce existante qu'on ne touche pas.

Étape 4 : soigner les trous

Les trous méritent un traitement à part, parce que c'est là que l'écart est le plus grand.

1. Exporter avec assez de facettes. Un trou de 5 mm exporté avec seulement 12 côtés perd déjà environ 0,17 mm entre deux faces opposées, avant même d'être imprimé. Nous revenons sur ce calcul dans notre dossier sur les formats de fichiers 3D ; c'est aussi pour cela qu'un fichier STEP, qui garde les vrais cercles, est si pratique.
2. Penser à l'orientation du trou. Un trou vertical (perpendiculaire au plateau) sort bien rond. Un trou horizontal a un « plafond » imprimé en surplomb, qui s'affaisse légèrement : il sort un peu ovale, écrasé vers le bas. Une astuce consiste à dessiner le haut du trou en pointe, en forme de goutte d'eau, pour que le plafond se construise sans affaissement.
3. Prévoir une reprise si la cote est critique. Pour un axe de précision ou un roulement, nous imprimons volontairement le trou un peu petit, puis nous le reprenons au foret ou à l'alésoir. C'est plus fiable que de viser juste à l'impression.

Les petits trous sont les pires Sur un trou de 20 mm, un écart de 0,2 mm passe presque inaperçu. Sur un trou de 3 mm destiné à une vis, c'est la différence entre une vis qui passe et une vis qui force. Pour les vis, nous prévoyons en général un passage franchement plus large, ou un insert.

Étape 5 : anticiper le pied d'éléphant et les bords

Si une pièce doit s'emboîter par sa base, la première couche légèrement élargie va gêner. Deux parades simples, qui ne coûtent rien :

• un chanfrein de 0,5 mm sur les arêtes du bas qui doivent entrer quelque part. Il absorbe l'élargissement de la première couche, et il facilite l'engagement ;
• imprimer la pièce dans l'autre sens, si la face qui s'emboîte peut se trouver en haut.

Les chanfreins d'entrée sont d'ailleurs une bonne habitude partout : un axe avec un petit chanfrein à son extrémité trouve son trou tout seul.

Étape 6 : imprimer une éprouvette avant la pièce

Pour un assemblage critique, surtout en série, nous commençons par une éprouvette : une petite plaque percée de plusieurs trous, de 0,1 mm en 0,1 mm autour de la cote visée, ou quelques anneaux de différents diamètres intérieurs. Quelques minutes d'impression, quelques grammes de matière, et on sait exactement quel jeu donne le bon ressenti avec cette matière, sur cette machine.

Prenons un exemple. Imaginons une roulette de meuble qui doit tourner sur un axe métallique de 6 mm. Plutôt que d'imprimer trois roulettes complètes à tâtons, on imprime un anneau percé à 6,2, 6,3, 6,4 et 6,5 mm. On glisse l'axe dans chacun, on choisit, puis on imprime la vraie pièce. C'est ainsi que nous traitons les axes des roulettes d'aspirateur, par exemple.

Pour une pièce unique simple, l'éprouvette n'est pas toujours justifiée : l'expérience de la matière et de la machine suffit. Elle devient rentable dès qu'une cote est vraiment critique, ou dès qu'on lance plusieurs exemplaires.

Étape 7 : ajuster après impression

Même avec la meilleure préparation, il arrive qu'un ajustement demande une retouche. Les méthodes, de la plus douce à la plus radicale :

• Papier abrasif enroulé autour d'un crayon pour un trou, à plat sur une table pour une face. Idéal pour gagner un ou deux dixièmes.
• Foret à la main, tenu dans les doigts ou dans un porte-foret, pour recalibrer un trou sans le faire chauffer. Avec une perceuse à vitesse élevée, le plastique fond et bourre.
• Alésoir, pour un trou vraiment précis destiné à un axe ou à un roulement.
• Réimpression avec la cote corrigée, quand l'écart dépasse quelques dixièmes. Sur une petite pièce, c'est souvent plus rapide que de lutter.

Évitez en revanche de chauffer une pièce pour la « faire entrer » : le plastique se déforme de façon imprévisible et perd ses propriétés à l'endroit chauffé.

Le cas particulier des clips

Un clip est un assemblage à part : il doit plier pour passer, puis revenir sans casser. Trois paramètres comptent plus que le jeu lui-même :

1. L'orientation : la languette doit plier dans le sens des couches, pas en travers, sinon elle casse au premier montage. Nous expliquons ce phénomène dans notre dossier sur ce qui rend une pièce imprimée solide.
2. La matière : le PETG accepte beaucoup mieux la flexion répétée que le PLA, trop cassant pour un clip qu'on démonte souvent.
3. La profondeur de l'accroche : quelques dixièmes de trop, et le clip ne passe pas ; quelques dixièmes de moins, et il ne tient pas. C'est la cote qu'on teste en priorité.

C'est typiquement le travail qu'on fait sur un clip de bac ou un support de balconnet de réfrigérateur, où la pièce refaite doit s'accrocher dans une paroi existante qu'on ne peut pas modifier.

Les erreurs qui reviennent le plus souvent

• Dessiner à la cote nominale les deux pièces d'un assemblage, en espérant que « ça passera ».
• Confondre jeu au rayon et jeu au diamètre, et doubler le jeu prévu.
• Mettre le jeu des deux côtés : trou agrandi et axe réduit.
• Agrandir tout le fichier de quelques pour cent pour que le trou passe. Le trou s'agrandit, mais la pièce aussi, et elle ne rentre plus dans son logement.
• Oublier la matière : un ajustement réglé en PLA ne se transpose pas tel quel en ASA ou en résine.
• Mesurer la pièce existante au jugé. Un pied à coulisse est indispensable, et mieux vaut mesurer trois fois qu'imprimer deux fois.

Quand on s'en occupe pour vous

Si vous nous confiez un fichier, dites-nous quelles cotes sont fonctionnelles et avec quelle pièce elles doivent s'assembler. Si possible, envoyez aussi la pièce partenaire, ou ses mesures au pied à coulisse : c'est elle qui fait foi, pas le dessin.

Si vous partez de zéro, nous intégrons ces jeux à la conception. Le choix entre filament et résine joue aussi sur la précision atteignable, comme nous l'expliquons dans notre comparatif filament ou résine. Et pour le budget, notre article sur le prix d'une impression 3D détaille ce qu'ajoutent une conception ou une éprouvette : en pratique, peu de chose au regard d'une pièce ratée.

Un assemblage qui doit tomber juste du premier coup ? Envoyez-nous votre fichier ou votre croquis, en précisant les cotes qui comptent : devis gratuit sous 24 h ouvrées, conception sur mesure dès 35 €.

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