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Making of: le chargeur Qi de Skywodd

Hello a tous!

Maintenant que Skywodd a publié son article sur le sujet, je peux enfin “en parler”! J’étais en effet resté discret à sa demande, mais j’ai effectivement pas mal bossé sur l’usinage des blocs de bois de son chargeur.

Bon, je passe sur les détails, vous avez bien compris qu’il s’agit d’un chargeur inductif permettant le transfert d’énergie sans contact.

Pour la petite histoire, dans ce système, c’est le récepteur (le tel) qui informe le chargeur de combien d’énergie il a besoin. Le tel communique avec le chargeur en modulant rapidement le courant de charge selon un protocole pas trop compliqué. Le chargeur répond en adaptant son fonctionnement aux besoins de l’objet chargé. Il n’y a pas une grande intelligence là dedans, le seul truc prévu est l’identification (pour que le chargeur évite de démarrer quand on pose un simple objet métallique non-Qi sur la surface) et la régulation du courant de charge. Bref.

J’ai donc eu pour mission d’usiner les blocs de chêne-qu’on-déconne-pas-avec. Skywodd m’a livré des fichiers DXF (contours 2D, un peu comme du SVG) obtenus à partir de ses pièces 3D. De mon coté j’ai chargé ces DXF dans CamBam pour en sortir des trajets d’outils.

Oui, le DXF n’est qu’un dessin, un peu comme le STL de l’impression 3D. Après, il reste encore à appliquer les paramètres de la machine et de l’outil (vitesse de coupe, diamètre de la fraise, épaisseur des passes, en impression 3D on parlerait plutôt de diamètre de buse, épaisseur des couches, et on utiliserait Slic3r).

En sortie on a donc du G-Code, qui sont des instructions de positionnement adaptées à une machine en particulier. J’insiste, je ne vous passerai pas mes g-codes, parce qu’ils vous seraient inutiles si votre machine n’a pas les mêmes moteurs, la même fraise, ou la même broche (perceuse).

Il faut savoir que la vitesse de coupe lors des déplacements dépend du matériau, de la vitesse de rotation de la broche, du nombre de dents et du diamètre de la fraise. Quand on fait les choses bien, on part de l’info “vitesse du point de coupe” (qui est le point du diamètre de la fraise qui se déplace pour arracher la matière). Selon le matériau, il faut avoir la bonne “vitesse de coupe”, qui est liée à la dureté de la matière. Ensuite, selon l’outil, on en déduit une vitesse d’avance et une vitesse de rotation, selon le diamètre de la fraise, et le type d’opération (rainurage, surfaçage, etc).

Vous remarquez une chose: je n’ai pas parlé de la puissance de la broche… En effet, on ne la choisit pas, selon le matériau et l’outil, on obtient des paramètres à utiliser, et il faut espérer que la broche est assez puissante pour les utiliser! Et je fais quoi si ma perceuse n’est pas assez puissante? Eh bien il n’y a pas le choix, il faut couper moins vite, mais c’est totalement sous-optimal, et le risque est de faire chauffer l’outil, par frottements précisément. Oui c’est fou: on use son outil si on ne coupe pas assez vite!

Et là arrive un autre problème: la rigidité de la machine: si on coupe trop vite, le risque que la machine se déforme est très important, et il ne faut pas se faire d’illusion: toute précision inférieure à 1/10 de mm est très difficile à atteindre, surtout avec une machine de type Shapeoko…

Ensuite il y a autre chose: la fragilité du matériau. Je n’ai eu aucun problème avec le bois, que l’on a fixé au bâti de la machine par 3 vis M6 à chaque fois, et qui est assez sympa à couper. En revanche, le plexi a été une autre histoire, comme l’a dit Skywodd: c’est un matériau fragile car cassant, plutôt dur, et plutôt fondant; donc c’est un défi, il faut couper vite sinon le plastique fond, mais pas trop profond à chaque passe sinon on force dessus et il casse. Je l’ai aussi nettement moins bien fixé, j’ai utilisé du scotch double face, et ce scotch résiste mal aux vibratons… Bilan, 5 pièces réussies, 3 à la benne!

Malgré tout, on arrive à faire des choses, mais il faut garder à l’esprit que l’usinage est une technique très exigeante, même quand on n’usine pas du métal. Dans tous les cas, tout nouvel outil, tout nouveau matériau demande de faire des essais de coupe pour trouver les bons paramètres machine. Dans le cas du métal c’est facile, on trouve des abaques, on sait que l’alu machin allié truc a besoin d’une vitesse d’avance de tartempion en rainurage, mais pour le bois, les différents types de plastique (PMMA, Acrylique,  Polycarbonate, PVC, Nylon, etc…) on ne trouve pas toujours (presque jamais) la bonne info.

A propos des types de fraise: Pour le bois, j’ai utilisé une fraise carbure “1 dent” de type défonceuse, diamètre 4mm. Ne surtout pas utiliser l’acier rapide (HSS) pour autre chose que pour le métal, il chauffe et s’use très rapidement. Au moins le carbure coupe moins (les dents en céramiques ont des rayons de courbure plus importants sur les arêtes) mais il supporte très bien les hautes températures. Pour le plexi j’ai utilisé une fraise deux dents hélicoïdale en carbure, toujours de 4mm. Ma broche Milwaukee a une pince qui accepte toutes les fraises avec des soies (axe de fixation) de 6mm.

Pour finir je remercie Skywodd de m’avoir fait faire ces opérations, qui ont amélioré mon expérience en usinage. Je le remercie de m’avoir passé un module pour mes propres essais.

Bon, assez parlé, place aux images!

 PS: le chêne utilisé est superbe une fois enduit d’huile d’olive. Elle rentre bien en quelques jours, et elle nourrit bien le bois qui prend une plus belle teinte.

Essais de vitesses de coupe
Essais de vitesses de coupe. Notez le “Pour essais” 🙂
En cours de découpe
En cours de découpe. Y’a des copeaux partout!
Deux blocs finis
Deux blocs finis. Il faudra faire les finitions au papier de verre…
Crash dans le plexi
Crash dans le plexi: la plaque s’est décollée du support.

[eShapeOko] Premier tour de moteur!

Ces jours ci j’ai dédié tout mon temps libre à ce projet de fraiseuse numérique qui évoluera, ou me permettra d’évoluer, en imprimante 3D. Je me suis rendu compte qu’en effet, une fraiseuse n’aura pas assez de débattement vertical pour faire des objets volumineux. Pas de souci, ce projet me permettra toutefois de faire une “repstrap” (imprimante initiale) afin de construire une véritable reprap dans la foulée. Voici ce qui a avancé depuis la dernière fois. Je continue à mettre à jour mon planning, et tout se déroule comme prévu. C’est bien pratique pour planifier les étapes.

Voici le planning au 25 Aout

  • J’ai reçu les moteurs
  • J’ai commandé et reçu les drivers de moteurs (chez Pololu, modèle DRV8825 en promo)
  • J’ai récupéré l’arduino Nano que j’avais prêté à @hugokernel
  • J’ai réussi à compiler le firmware grbl pour ce matériel et à l’uploader dans l’arduino (merci à @Skywodd et les autres pour leurs conseils sur twitter)
  • J’ai câblé en entier la carte de contrôle

Et pour finir, cet après midi j’ai pu tester cette carte. Résultat elle fonctionne, je n’ai pas fait d’erreur de câblage ce qui m’a fait gagner du temps, et… les moteurs tournent quand j’envoie des lignes de g-code! Voici d’abord une petite vidéo qui montre le résultat:

Pas très sexy comme vidéo, on remarquera aussi un subtil changement de balance des blancs parfaitement inattendu ;), mais au moins ça accélère, ça tourne, et ça ralentit, tous les axes en même temps, et sans faire fondre les fusibles! Comme d’habitude j’ai fait mon montage sur une plaque à trous, ce qui rend le prototypage très facile. Il me reste encore de la place pour ajouter le contrôleur de l’extrudeur et/ou de la broche. Mais je me rends compte que pour piloter une imprimante 3D, l’arduino nano ne sera pas suffisant : il faut plus de lignes pour piloter l’extrudeur, le chauffage de la buse, et celui de la surface. En attendant, je suis équipé pour une fraiseuse. Je suis vraiment impatient de recevoir le kit, qui, d’après le site makerslide, devrait être expédié dans le courant de la semaine prochaine. Voici une image de la carte contrôleur câblée. J’ai prévu un module réseau/série de récupération pour accéder à la carte par ethernet:

eshapeoko controller recto
Côté composants
eshapeoko controller wiring side
Côté cuivre. J’ai utilisé du fil à wrapper et du scotch cuivré.

Ah, une chose importante: les modules Pololu arrivent avec un potentiomètre de courant maxi NON RÉGLÉ, c’est  à dire positionné dans sa valeur par défaut à “50%”. Or d’après le datasheet du DRV8825, cette position (VRef/2=1,7V) correspond à un courant de 3,5 ampères environ, ce qui est bien trop élevé pour mes moteurs. Après avoir grillé un fusible (j’ai bien fait d’en mettre!) j’ai repris le réglage pour limiter le courant à 1,6A. Donc attention, ces modules sont à ajuster pour vos moteurs!

[eshapeoko] Moteurs commandés

(Pour commencer, voir ici l’annonce du projet)

J’ai commandé ce matin les 4 moteurs pas à pas nécessaires à ma CNC. Et des micro-switches fin de course.

Ce sont des modèles au format NEMA23, plus gros que les moteurs de reprap au format NEMA17. Cette image montre la différence:

Moteurs Nema17 / Nema23
Moteurs Nema17 / Nema23

L’intérêt supplémentaire, c’est que les moteurs de Makerslide sont des modèles 400 pas par tour, ce qui est une très bonne chose pour la résolution de la machine. En général, on ne trouve que des 200 pas par tour.

J’ai aussi choisi les drivers que j’utiliserai pour les piloter. Ce sera les modules Pololu DRV8825, capables de fournir 2 ampères (la datasheet parle même de 2.5A, pas mal!). Ils peuvent aussi fonctionner en micro-step 1/32, ce qui fait 12800 pseudo-pas par tour! Je ne pense pas que le système mécanique qui y sera attaché soit aussi précis!

Je commence aussi à réfléchir au design électronique. Je me doute que ces bestiaux vont chauffer (c’est d’ailleurs incroyable qu’on arrive à faire passer autant de courant dans un aussi petit composant !), donc j’ai déja prévu de les plaquer coté composants sur une plaque de cuivre ou un bon radiateur en alu (avec de la graisse thermique), qui servira de fond de boitier pour la carte électronique. En ajoutant des parois sur le bord du radiateur, j’aurai ainsi une boite fermée.

J’ai dépensé, tout compris, et après conversion, un total de 150,68 euros. Je suivrai le budget de près!

Voir l’annonce du projet

 

 

[Projet] Ma future CNC / imprimante 3D

Bon, les circuits pour le module NFC sont partis chez SeeedStudio, merci à eux pour leur efficacité et leur bon service: ils se rappellent encore qu’ils ont oublié de me livrer un truc il y a un an, et vont me l’ajouter gratos à ma commande!

En attendant, j’ai un peu de temps libre. Dans les transports, au lieu de jouer à Kicad, je vous pouvoir avancer la rédaction de mon guide pour débuter en électronique, et je vais aussi démarrer mon grand projet de fond, celui qui donnera le sens à la vie, à l’univers, et au reste.

Je vais me monter une imprimante 3D.

Non, une CNC.

Non, en fait, j’arrive pas à choisir.

Donc ce sera les deux.

Je vais prendre une eShapeoko. C’est une plate forme peu chère, très robuste, et assez universelle. Vu sa construction, je n’aurai pas de difficulté à la reconvertir à l’envie, en CNC ou en imprimante 3D, je n’aurai qu’à remplacer la “broche” par un extrudeur, et ajouter un hot plate.

Je me fais pas d’illusions, j’ai vu plein de gens à l’Electrolab passer leur soirées sur les réglages, je sais qu’il y aura beaucoup de travail.

Mais bon, je me dis qu’avec mes ambitions de bricolage, avoir un moyen de production rapide à la maison n’est pas un luxe. Je vais choisir toutes les options de la eShapeoko qui garantissent le maximum de robustesse, avec l’objectif d’usiner du bois (medium) et peut être de l’aluminium (même si c’est lent).

Je compte aussi la mettre à disposition de mes amis makers qui auraient des besoin d’impression 3D. On verra quand ce sera en “production”, mais ça me plairait de filer un coup de main aux potes.

Voici ce que je vais prendre dès que j’aurai reçu mon sponsoring d’anniversaire (:D) :

  • kit eshapeoko avec options: double axe x, double drive y, longueur étendue, perçages nema23
  • 4 moteurs nema23
  • driver moteurs, 1 arduino pour grbl
  • Peut être que j’utiliserai un raspberry pi pour le pilotage.
  • pour la broche, je sais pas encore. J’ai une petite perçeuse qui doit aller pour le bois avec une alim suffisante.
  • une table de travail de 50×60 en bois épais, avec 4 pieds en cornières acier, et des étagères intermédiaires pour ranger les accessoires
  • un capot en plexi pour éviter de mettre de la poussière partout. Et un adaptateur pour l’aspirateur…

Ca me permettra de découper et percer des plaques de MDF, c’est l’objectif numéro 1.

Ensuite on passera à l’objectif numéro 2, l’impression 3D, ça me demandera d’investir dans différents accessoires:

  • hotplate
  • extrudeur adaptable à l’emplacement de la broche. Là, je sais que je pourrai compter sur les copains de l’Electrolab.

Bref, tout un programme!
J’ai déja des tonnes d’idées supplémentaires: broche plus puissante pour travailler l’alu, bloc de démultiplication pour améliorer la résolution des déplacements. Il m’en viendra d’autres!

Bien entendu, je décrirai ici l’avancement de mon projet. Au boulot!

CNC DVD : Avancement du 18 Février 2013

Autres articles de la série:

 

Résumé

Voici le résumé des choses faites cette semaine:

  • Câblage du moteur numéro 2
  • Câblage des drivers L293
  • Suppression des vibrations
  • Programmation!

C’est la troisième semaine du projet, il commence à devenir assez long et maintenant que l’enthousiasme initial s’est calmé, il me demande de la concentration pour ne pas dévier sur un nouveau projet secondaire (les occasions de distraction ne manquent pas!). J’ai vraiment l’intention de pousser ce projet au maximum malgré les limitations du matériel. L’objectif à atteindre est la gravure d’un objet (papier, bois) avec un laser fixé sur le chariot.

Pour continuer la lecture, c’est ici.

CNC DVD : avancement du 11 Février 2013

La présentation initiale de ce projet est disponible ici, avec des photos.

Voici ce qui s’est passé cette semaine:

  • J’ai reçu les composants L293 commandés sur ebay, merci au vendeur nanopunk.
  • J’ai beaucoup cherché et réfléchi sur le coté logiciel de l’affaire.
  • J’ai ensuite commencé à programmer le firmware de la machine, qui reçoit les instructions du PC et pilote les moteurs de la machine.

Les détails et les images, c’est par ici!

Le projet du Lundi – Graveuse Laser avec des pièces de lecteur CD

Aujourd’hui pas de revue de presse, mais un point d’avancement de mon projet en cours.

J’ai passé les semaines précédentes à démonter des lecteurs DVD pour en récupérer les diodes laser. J’ai réussi à en faire marcher quelques unes, certaines suffisamment puissantes pour noircir la surface de morceaux de bois.

J’ai passé un peu de temps à savoir ce que je pourrais en faire… Certes, jouer au sabre laser est amusant (à ces puissances, les faisceaux sont visibles car ils font briller la moindre particule en suspension dans l’air) mais je cherchais toutefois une application concrète.

En même temps, pour récupérer mes diodes, je jetais pas mal d’éléments des lecteurs DVD, pourtant certains de ces éléments étaient intéressants. Dans les lecteurs pas trop bon marchés (on remarque vite l’obsolescence programmée dans ces appareils : ceux qui sont conçus pour ne pas durer – ou pour être le moins cher possible, comme on voudra) ont des chariots de positionnement de tête en plastique, mais ceux qui sont plus haut de gamme ont des chariots en aluminium), l’assemblage de lecture est composé d’un moteur pas à pas couplé à une vis d’avancement en laiton, de deux rails cylindriques en inox, et d’un chariot portant la tête de lecture en aluminium moulé.

C’est évidemment un élément de base d’une machine à commande numérique. Encore fallait il savoir comment assembler deux de ces pièces! L’inspiration m’est venue grâce à cet instructable, où les auteurs assemblent deux chariots de lecteurs CD/DVD pour en faire une “bio imprimante”. Un bien grand mot, mais les images publiées m’ont fourni l’inspiration nécessaire.

J’ai décidé de construire une machine basée sur le même principe, mais plus robuste, et dont le but n’est pas l’impression de cellules, mais le déplacement d’un pointeur laser focalisé pour découper des feuilles de papier ou graver des objets plats.

Les objectifs que j’ai suivi pendant la conception mécanique ont été:

  • récupérer un maximum de choses
  • utiliser seulement des matériaux trouvables en grande surface de bricolage
  • utiliser uniquement des outils simples
  • essayer d’être compatible avec les outils logiciels existants

Les seuls outils que j’ai utilisé pour la partie mécanique ont donc été:

  • une scie à métaux
  • une lime plate
  • une perceuse à main avec des forêts de 3,4 et 6 mm
  • des clés plates et à pipe, et une pince multiprises

Les matériaux que j’ai utilisé se sont résumés à:

  • du profilé alu en U de 36x19mm, épaisseur 1.5mm
  • du profilé alu en L de 27x15mm, épaisseur 1.5mm
  • des boulons M4 x 10 (tête hexa) et des écrous M4
  • une tige filetée M6 (j’ai pris de l’inox pour la rigidité) et des écrous M6
  • deux chariots de lecteur CD/DVD tout alu

Voici quelques photos de l’assemblage. J’ai d’abord réalisé un socle en accolant 4 morceaux de profilé en U, boulonnés en trois points, et j’ai ajouté deux morceaux en  L sur les cotés pour améliorer la planéité et la rigidité de l’ensemble. Cela ne se voit pas, mais percer correctement ces éléments pour que les trous soient bien en face est un défi. Le seul moyen d’en être sûr, c’est de percer les deux éléments en même temps, ce qui n’était pas possible pour les profilés en U. J’ai dû être très prudent en perçant, faire des marques, des avant trous, et pas mal de reprises pour que tout soit aligné le plus correctement possible.

surface supérieure surface inférieure L'axe Y monté

Ensuite il a fallu ajuster les chariots optiques aux géométries un peu tordues pour que je puisse y fixer une plaque horizontale. Sur la première photo, on voit en noir les parties à enlever, puis ensuite, différentes étapes de la modification. Tout se fait à la lime, avec patience:

SAMSUNG SAMSUNG SAMSUNG

SAMSUNG SAMSUNG

Ensuite j’ai modifié le câblage du moteur pour que celui ci soit plus facilement accessible. Il semble que ce moteur pas à pas miniature soit assez récurrent dans les lecteurs DVD, c’est un modèle 5 volts capable de 20 pas par tour, ce qui permettra d’en obtenir 40 en mode demi-pas. Le pas de la vis est de 3mm, ce qui fera une résolution longitudinale de 3mm/40 = 75 microns ou 0,075mm. Des contrôleurs particuliers de moteurs sont capables de faire du micro-step (1/8e de pas) pour une résolution encore meilleure, mais alors, attention aux jeux! J’ai aussi ajouté un petit contacteur de fin de course.

SAMSUNG SAMSUNG

J’ai ensuite passé pas mal de temps à faire les différents perçages requis pour assembler tous les éléments.

Et voici l’état actuel de la machine:

Etat au 3 Février
Etat au 3 Février

Il reste encore beaucoup de travail, cette semaine je vais être occupé en électronique pour piloter tout cela 😀 Les moteurs seront pilotés par des L293 commandés sur ebay, en attendant je vais écrire du code pour un PIC (18F4685) et me documenter sur les G-codes qui servent à piloter une telle machine. Cela me permettra de rester compatibles avec les outils CNC déja développés par d’autres projets.