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Le long chemin de la réalisation d’une imprimante 3D

Dans ces jours silencieux, ce n’est que le blog qui est resté blanc! J’ai beaucoup avancé sur mes réalisations, en particulier sur l’impression 3D.

eShapeoko

Je développe encore mon expertise 🙂 Je conçois maintenant pas mal d’objets à partir d’assemblages de morceaux découpés dans des plaques de MDF 6mm. Après le support de turbines, j’ai fait une nouvelle boite pour l’électronique de l’imprimante (avec l’arduino mega reçu, le Pololu de l’extrudeur, les mosfets de commande des chauffages et ventilateurs, et beaucoup de connectique!)

Contrôleur d'imprimante 3D (état au 9 déc 2013)
Contrôleur d’imprimante 3D (état au 9 déc 2013)

Il reste encore un peu de câblage à finir.

Coté usinage encore, j’ai trouvé une broche qui me fait de l’oeil, la Milwaukee DG30E, dispo chez BHV, 500 watts, 33000 rpm, pinces interchangeables, et surtout, pas de jeu! Seule inconnue: le bruit!

Coté logiciel, Marlin tourne déja dans l’Arduino, avec une configuration adaptée à ma machine, très similaire pour la commande à une carte Generation 7 ou à un shield RAMPS.

Coté chauffage

J’ai enfin pu utiliser le tour et la fraiseuse de l’Electrolab, merci encore à Ellyan pour sa patience et sa pédagogie. Je ne prétends pas encore maîtriser ces machines complexes, mais je commence au moins à me débrouiller. J’ai réalisé les pièces suivantes, qui réimplémentent d’une manière simplifiée l’extrudeur miniature de la foldarap:

  • Equerrage et surfaçage d’un bloc 10x12x20mm pour le corps de chauffe. Perçage à 6mm pour la résistance de chauffage, perçage et taraudage M4 pour la mini-buse et le tube en acier de connexion à la partie froide.
  • Equerrage et surfaçage d’un bloc de 10x12x40mm pour le corps froid. Perçage à 3mm pour la fixation sur le radiateur, perçage et taraudage M4 pour la connexion à la partie chaude, et perçage/taraudage borgne M5 pour l’embout pneumatique.
  • Surfaçage, perçage concentrique à 2mm et 0.5mm dans de la tige filetée laiton pour fabriquer la buse. Je remercie énormément Emmanuel Gilloz de m’avoir indiqué cet objet, particulièrement simple à réaliser et extrêmement économique (encore plus que mes boutons en laiton du BHV!).
  • Perçage concentrique et réduction de diamètre de vis filetée M4 pour la connexion entre les blocs chauds et froids (isolateur thermique)
  • Surfaçage du radiateur pour permettre la fixation du bloc froid.

Si vous avez tout suivi, vous devez imaginer à quoi ressemble mon extrudeur. Dans tous les cas, en voici une image:

Extrudeur type Foldarap
Extrudeur type Foldarap. L’isolateur est une version de test, trop courte.

Coté filament

Mon extrudeur est de type “Bowden”, c’est à dire que le chauffage et l’avance du filament sont séparés par un tube flexible. Il me faut donc créer un bloc d’avance de filament. Celui ci a été conçu selon ma méthode MDF, il se base sur un moteur pas à pas pas très costaud, mais dont l’axe est cannelé juste comme il faut pour m’éviter la fabrication d’une vis d’avance! Et dire que ce moteur dormait depuis plusieurs années dans un tiroir… Comme quoi la récupération a du bon 😀

Etat actuel du pousse-filament
Etat actuel du pousse-filament
Modélisation du pousse-filament
Modélisation partielle du pousse-filament

Lit chauffant

Je n’ai encore rien fait de ce coté, je sais qu’il est indispensable pour l’ABS, mais pour le PLA, ce n’est pas le cas. je le construirai si besoin.

 

Le moment de la première impression s’approche donc à grands pas!

Les objets du week end

Cette semaine a vu pas mal d’avancement sur plusieurs projets. Je n’ai pas exactement respecté le planning que je m’étais fixé dans le dernier article, mais ce n’est pas grave. J’avance sur mes projets au rythme de mon inspiration et de mes possibilités. Ce qui est plus important est de rester actif et d’avoir en vue l’ensemble des projets, pour être réactif et saisir les occasions d’avancer sur chacun.

Impression 3D

Cette semaine avait lieu le Web2Connect, un salon du blogging et des activités en ligne. Il y avait beaucoup de conférences, je n’en ai suivi que quelques unes (Bitcoin, Sécurité web, etc) et j’ai passé beaucoup de temps avec les gars de Dood Studio, qui exposaient leur imprimante 3D (un mix open source de Reprap, Ultimaker et Makerbot) dans le ‘village de l’innovation’ du W2C.

Dood Studios au W2C13
Dood Studios au W2C13

Nous avons donc sympathisé, et comme ils cherchaient des modèles à imprimer, je leur ai passé le STL de la turbine que j’avais déja tenté d’imprimer auparavant. Résultat moche, comme avant. Nous avons alors tenté de remodéliser une turbine sur solidworks, et miracle, l’impression est de bien meilleure qualité:

Différents STL
Différents STL. A gauche OpenSCAD, à droite Solidworks. PLA, buse 0,5mm.

Mystère… les objets sont quand même bien similaires à l’écran! Nous avons alors décidé de comparer les STL avec meshlab, et la vérité nous a alors sauté aux yeux:

 

Facettes OpenSCAD
Facettes OpenSCAD
Facettes SolidWorks
Facettes SolidWorks

Le STL pondu par OpenSCAD contient des triangles très fins et très allongés, qui partent tous d’un même point, ce qui perturbe slic3r. Le STL produit par Solidworks est formé de triangles bien plus triangulaires, qui “fonctionnent” clairement mieux !

Je n’ai pas trop d’espoir avec OpenSCAD… Il faudrait pouvoir appliquer une re-triangulation “optimale” de Delaunay à ces “mauvais” STL, mais la mise en pratique me dépasse totalement, tant pis! C’est dommage, car l’idée de modéliser grâce à un script me plaisait bien.

eShapeoko

La découpe, gravure et perçage de plaques de MDF, de 3 à 6mm, est maintenant une opération routinière ici: Je maîtrise (à peu près!) ce procédé 🙂 Les plaques sont fixées efficacement au martyr avec du scotch double face, je fais des coupes de 1 à 1.5mm de profondeur à une vitesse de 100 à 150 mm/minute, selon la propreté de la découpe que je souhaite.

Ma perceuse de 60 watts est toujours un peu faible, je compte sur le Père Noël pour me fournir une défonceuse Bosch de plus grande puissance (600 Watts, ce qui me donnera accès à la découpe d’aluminium).

La fraise est une deux dents, d’origine proxxon, en carbure. Diamètre 2mm.

Coté logiciel, j’utilise Inkscape pour importer des DXF ou créer des dessins vectoriels moi même, puis makercam pour calculer les trajets d’outils, et enfin Grbl Controller pour envoyer les ordres à la machine. Ces logiciels sont gratuits.

Carte de puissance

Première chose, après l’avoir modélisé, j’ai découpé et intégré un boitier en MDF pour la carte de puissance qui commande la machine. Celle ci contient en réalité uniquement les modules Pololu et beaucoup de connectique! La machine est maintenant alimentée en 24V, ce qui me permet des déplacements plus rapides (jusqu’à 3000 mm/min sur X et Y au lieu de 2200, et jusqu’à 200mm/min au lieu de 150 sur Z). L’arduino de commande est toujours “en l’air” mais cela ne devrait pas durer 🙂

Modélisation et résultat
Modélisation et résultat
La carte électronique en place
La carte électronique en place

L’assemblage utilise des écrous logés dans des fraisages dans l’épaisseur du MDF.

Adaptateur d’aspirateur

J’ai trouvé un flexible qui me permet d’aspirer la poussière en temps réel. C’est plus propre et plus pratique! Par contre ce flexible est beaucoup plus fin (18mm) que le tube de l’aspi (35mm). Dans un esprit DIY, plutôt que d’utiliser du scotch (ce qui immobilise l’aspirateur) ou d’acheter un truc, j’ai découpé des trous de diamètres progressifs (18-25-30-35), que j’ai assemblé avec 4 grandes vis M3. Les vis qui dépassent servent à maintenir le tube de l’aspirateur sans avoir besoin de scotch! C’est vachement compliqué pour la fonction, mais ça fait le boulot et c’était sympa à fabriquer!

Cône d'adaptation en 6 couches
Cône d’adaptation en 6 couches

Banc d’équilibrage

Les micro-turbines que je prépare vont tourner à très grande vitesse. Et donc, auront besoin d’être très bien équilibrées. Un balourd entraînerait des vibrations, qui auraient des effets néfastes : bruit, usure des roulements (qui seront mis à rude épreuve par les températures). En me promenant sur le web à la recherche de systèmes d’équilibrages, j’ai trouvé un site chinois qui vend plein de ces appareils. Voici deux exemples qui ont été une “révélation” pour moi:

Système d'équilibrage
Système d’équilibrage
Détails du palier
Détails du palier

Ces photos décrivent tout ce que j’avais besoin de savoir. Il y a un entrainement par courroie souple, une mesure de la vitesse de rotation, un palier à roulements de chaque coté, et une mesure de vibration sur le palier, qui peut être faite avec un accéléromètre. L’objet à mesurer peut être déposé très facilement entre les roulements quel que soit son diamètre, et maintenu avec un troisième galet; ce qui m’enlève de la tête le problème du palier à simple roulement que j’imaginais. Bref, j’étais à coté de la plaque, et voilà qu’on m’y remet!

Une telle machine (ou au moins un proto) n’est pas très difficile à imaginer et à concevoir avec ma machine. En quelques heures de modélisation et de réalisation, j’ai une petite machine pour le genre de turbines que je vais utiliser. Voici quelques étapes de la réalisation:

Détails du palier
Détails du palier

 

Autre vue
Autre vue
Fixation de la roulette supérieure
Fixation de la roulette supérieure
Assemblage final
Assemblage presque final (à droite, avec la roue imprimée)

Les roulements 3x4x8mm sont de récupération dans divers ventilateurs de CPU, et les rondelles de 1mm en laiton sont fabriquées maison par découpe dans un tube laiton de 4mm extérieur attaqué au coupe-tube, puis limées à la bonne épaisseur.

Nous voila donc en bon chemin sur la réalisation des turbines, plastique ou métalliques. Les étapes suivantes seront l’entrainement par courroie et la mesure d’accélération/vitesse, mais nous n’en sommes pas encore là!

Ce qui n’a pas avancé

Electronique et radio
J’y reviendrai dans un article pour demain, sinon celui ci va devenir trop long.

Buses reprap
le mini-tour n’était pas disponible. Normalement je pourrai avancer ce soir

arduino
Il est commandé (auprès d’un vendeur ebay français), et a été envoyé rapidement, mais je n’ai pas de nouvelles. Je vais relancer tout ça…

Le futur de l’impression 3D

J’ai passé la soirée à l’évènement “Objets de la Nouvelle France Industrielle”, 4e saison. C’est une conférence organisée au sein du Ministère des Finances, à Bercy, par notre ministre du redressement productif. Je n’y suis pas allé pour ce personnage (je préfère me tenir loin des débats politiques, je me méfie de ce domaine; j’ai mon opinion basée sur mes convictions, je participe à mon devoir civique, et nous ne sommes pas là pour parler de ça). J’y suis allé avant tout parce qu’on y parlait d’impression 3D, et aussi de vêtements “intelligents”, de matériel audio “HD” et de cuisine “du futur”.

Cet article se concentre sur l’impression 3D, je parlerai du reste dans un autre article.

La conférence était présentée par Raphael Gorgé, qui dirige le groupe Gorgé avec son père. L’accent est mis sur la taille intermédiaire de la société (millier de personnes), son approche familiale, sur l’activité technologique, etc. J’ai trouvé cette personne particulièrement charismatique, très claire, de bonne prestance, sans négliger un humour fin, et une bonne répartie.

Cette société a récemment acquis l’entreprise Phidias Technologies, qui a développé une technique d’impression 3D ma foi très intéressante. Celle ci couple la stéréolithographie, une technique très précise mais très lente, avec la technique du DLP (qui fait fonctionner les projecteurs vidéos), mais avec une amélioration notable: la tête d’impression DLP peut se déplacer, ce qui permet d’imprimer des objets beaucoup plus gros, bien plus rapidement. Les caractéristiques techniques de cette “super imprimante 3D” peuvent se résumer en quelques points:

  • Grande résolution, ce qui permet d’imprimer des objets précis. On parle de quelques dizaines de microns, ou mieux.
  • Grand volume d’impression, ce qui permet d’imprimer de grands objets, ou bien une grande quantité de petits objets en une fois
  • Grande vitesse, ce qui permet d’être compétitif d’un point de vue industriel.

Cette technique pourrait bien réunir deux univers qui pour le moment sont disjoints:

  • le domaine de la fabrication des prototypes, qui permet de fabriquer rapidement des objets en très petite quantité, avec un prix élevé.
  • le domaine du moulage par injection, qui permet de produire rapidement et à bas coût de grandes quantités d’objets identiques (avec un gros investissement initial pour le moule).

Ainsi, on arrive à une capacité de production imprimée raisonnable, sans pour autant sacrifier un point important: la possibilité de personnaliser la production. En effet, rien n’oblige à imprimer plusieurs fois le même objet.

Le concept intéressant, c’est donc d’avoir réussi à faire une imprimante plus grande, sans sacrifier la résolution. Une grande partie de l’intérêt est dans la présentation et dans l’exploitation, et non dans la technique elle même: au lieu de présenter une machine pouvant imprimer de gros objets précis, on présente la machine comme pouvant imprimer simultanément une série d’objets. La technique requise est bien entendu commune, mais pas l’objectif.

C’est un des points importants que j’ai découvert en grandeur nature ce soir. Aucun projet que j’ai découvert ce soir n’est techniquement innovant. Par contre, les usages présentés le sont.

Réparer un jack grâce à l’impression 3D

L’impression 3D, ça sert à tout!

“Carsonlau” s’est fait arracher la prise jack de son casque par un voisin indélicat dans un avion.

Il a recréé un modèle 3D de son jack, ainsi qu’un moule en deux parties. Avec du caoutchouc silicone modelable “Sugru” il a pu très facilement reconstruire un jack au bout de son câble.

L’effet est bluffant, cela n’a rien à voir avec un jack de remplacement acheté en magasin de bricolage! La partie anti-arrachement est particulièrement réussie, c’est ce qui manque habituellement sur les jacks du commerce.

Voici ce que ça donne, ainsi que le lien original, et l’article sur MAKE.

Moule pour jack
La CAO du moule imprimé en 3D
Jack made with sugru
Le résultat après démoulage. Bluffant!