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Impression 3D de précision

Après m’être amusé avec des micro turbines, je m’étais amusé à modéliser une turbine sur openscad. J’y ai passé pas mal de temps, et le rendu 3D était devenu très correct. Vous pouvez retrouver le fichier scad de ce projet ici: turbine.scad

Maintenant que je suis assez proche de la réalisation de mon imprimante 3D, je me suis intéressé à la possibilité d’imprimer réellement cette turbine en 3D.

Jennyfer de l’Electrolab est une spécialiste de l’impression 3D, dont vous entendrez plus parler dans les mois à venir. Elle maîtrise vraiment sa machine et les processus d’impression, de la conception à la réalisation. Son imprimante personnelle n’est plus un jouet, mais une machine fiable et fonctionnelle qui a tourné en continu pendant un mois sans nécessiter aucun re-réglage, et fait maintenant concurrence à Stratasys (pour un prix largement moins élevé).

Après quelques discussions, elle m’a proposé d’imprimer ma mini turbine, ce qui est à la fois une grande chance pour moi, car je peux réaliser un proto sur une machine excellente, et pour elle c’est un défi, car ma pièce est vraiment petite et elle peut tester sa machine dans des conditions pas faciles.

J’ai appris au passage quelques informations sur la modélisation en vue de l’impression.

Contrairement à ce que beaucoup de gens pensent,il ne s’agit pas simplement de concevoir un objet arbitraire et de l’imprimer comme un document word. En poursuivant cette idée, il y aura beaucoup de déceptions. En effet, le processus d’impression 3D doit être envisagé dès le début de la conception. En particulier, pour cette pièce, il y a une particularité : elle est composée uniquement de murs fins, sans aucun volume rempli. Nous sommes donc en mode “remplissage 100%” ,et là, le slicer (logiciel qui découpe l’objet en tranches) ne sait pas remplir de zone plus étroite que la taille du filament.
Nous avons donc revu ensemble les épaisseurs des pales et des murs fins, pour qu’ils correspondent à un nombre entier de filaments, ici deux. Dans le cas contraire, le slicer n’aurait pas pu remplir entièrement le volume des murs, déja très fins, les filaments auraient été trop espacés (c’est à dire séparés par des espaces trop fins pour être remplis).

Voici le résultat de l’impression de l’objet tel que je l’ai modélisé. Les paramètres utilisés sur son imprimante étaient: filament ABS, couches de 0,2 mm, buse de 0,25 mm (pour un filament extrudé de 0,34 mm). Les murs et les pales de cet objet ne font que deux filaments de largeur, soit 0,68 mm, et le diamètre total de la roue atteint 26 mm:

Les objets conçus sous OpenSCAD
Les objets conçus sous OpenSCAD

Cette impression est peu satisfaisante. Je n’étais pas devant la machine pendant l’impression, mais Jennyfer m’a dit que la première couche avait été imprimée par sa chaine logicielle de façon un peu bizarre, en plusieurs fois, sans passages réguliers. Après avoir supposé que le STL généré par OpenSCAD avait quelques problèmes, j’ai trouvé la vraie raison. En modélisant mon objet sous openscad, j’ai voulu m’assurer que l’objet final avait bien l’épaisseur voulue et pas plus, donc les faces de la roue sont “rectifiées” et les dépassements des pales (disposées à 45 degrés) sont rabotés au passage. Si on observe avec précision le résultat, on voit que la surface des pales en contact avec la base d’impression est formée de petits triangles, alors que la zone des pales proche du moyeu a une épaisseur “nulle”:

La première couche est liée à ce biseautage
La première couche est liée à ce biseautage

En conséquence, le slicer a décidé que la couche zéro était uniquement composée du moyeu, du carter, et de ces petites zones triangulaires. Le corps des pales commence réellement à la couche suivante. De plus, il se trouve que le fichier STL généré par OpenSCAD a des problèmes de fermeture, on dit vulguairement qu’ “il n’est pas manifold”, c’est à dire que la surface du solide comporte des trous. Heureusement, les logiciels de conception semblent capables de s’en sortir malgré ce problème en faisant des “réparations”.

Voici le chemin de l’extrudeur pour la couche zéro, modélisé par OpenSCAM:

G-code de la première couche
G-code de la première couche

Effectivement, la couche zéro est composée de petits triangles. A cause de cela, l’objet imprimé est de très mauvaise qualité, car la couche zéro est imparfaite, l’objet n’est pas stable.

Jennyfer a alors repris la conception de la roue dans son modeleur, mais a implémenté ce rabotage différemment, ce qui fait que ses essais d’impression sont bien mieux réussis. Remarquez que la couche zéro de ces pièces est bien plane:

La meme pièce, après reprise (couche zéro à gauche)
La meme pièce, après reprise (couche zéro à gauche)

Après montage des roulements (de ventilateur de PC) et insertion de l’axe (d’un chariot de lecteur DVD), je dois dire que le respect des côtes est quasi parfait, le roulement et l’axe se sont insérés en force mais sans problème, le frottement est suffisant pour maintenir fermement les éléments en place sans glissements. J’ai pu ensuite ajouter de petites rondelles en laiton (coupées au coupe-tube et finies à la lime), et couper un carter dans une canette de coca pour obtenir une turbine qui tourne vraiment bien dans le tube d’un aspirateur:

Les pièces prêtes à assembler
Les pièces prêtes à assembler
La turbine assemblée
La turbine assemblée

Il y a donc plusieurs leçons importantes à retenir:

  • On peut obtenir des pièces mécaniques de très bonne qualité (celles ci sont encore à améliorer)
  • Il faut concevoir la pièce en ayant en tête le processus d’impression, et la machine utilisée. C’est évident, mais la surexcitation actuelle des médias aurait tendance à nous faire oublier l’importance du travail de modélisation. A ce propos, on remarque les problèmes que peuvent poser un site comme thingiverse: un objet donné sera sans doute bien imprimé sur la machine de l’auteur, mais des petites variations de procédé vont certainement aboutir à des problèmes d’impression partout ailleurs. Surtout pour les pièces fines.
  • La couche zéro est très importante. C’est elle qui conditionne la qualité de toute la pièce qu’elle supporte.
  • Les dimensions de la pièce sont importantes, surtout quand on veut des pièces de faible épaisseur. Le comportement du slicer doit être bien compris pour lui “donner à manger” des pièces qui se comporteront bien.

J’ai donc appris beaucoup de choses en fabriquant ce petit objet, et je suis certain que tout ceci me fera gagner beaucoup de temps plus tard. Je réinsiste donc une fois de plus: sans modélisation adéquate, on ne peut pas utiliser une imprimante 3D et attendre des résultats de qualité. Toute la chaine d’outils doit être maitrisée, et il faut absolument modéliser sa pièce en pensant à son mode de réalisation.

Je vais donc remodéliser ma pièce pour corriger ces problèmes.

A+!

[eShapeOko] Tentative de planification

Mon projet d’impression 3D se met en place. Les moteurs ont été expédiés et la machine commandée. D’après le responsable de MakerSlide, toutes les machines seront expédiées après le 26 Aout.

D’ici là, il y a des choses à faire pour ce projet, et la todolist commence à se remplir. J’ai donc décidé de faire un véritable planning pour clarifier l’ordre des choses à faire et définir des priorités.

J’ai commencé à faire une liste dans excel, mais la complexité est telle que j’ai dû me mettre à la recherche d’une alternative à MS Project. Je connaissais le projet GanttProject, mais ses options de planifications sont trop simples, je n’ai pas réussi à trouver facilement comment planifier une tâche au plus tard, ce qui révèle un logiciel soit mal fait, soit incomplet. Il y a aussi pas mal de problèmes d’ergonomie (quelle galère pour gérer les dépendances, il faut cliquer dans la case de gauche sur chaque ligne, sinon l’action n’est pas prise en compte!) Dans tous les cas, ce logiciel allait me faire perdre du temps. Un rapide tour sur Wikipédia m’a rapidement orienté vers ProjectLibre, qui se veut un clone libre de MS Project. Je dois avouer que ce programme est assez moche, mais il fait son boulot correctement et permet une planification “évoluée” des tâches.

Voici donc le document auquel je suis arrivé : Voir le PDF

Bien évidemment à part pour les choses déja faites, les durées sont fantaisistes 😀

Comme on peut le voir, j’ai pu découper le projet en grandes tranches. Je commencerai par valider le fonctionnement mécanique de la plate forme XYZ sans outil, puis à partir de là, on pourra faire quelque chose de plus évolué. Le mode tour a été pensé à la base pour fabriquer les pièces de l’extrudeur, mais après quelques recherches, la fabrication d’un mandrin n’est pas du tout facile,son achat serait cher, et puis il faut une autre broche à vitesse précisément contrôlée (et un index), donc je pense que cette partie sera très complexe, je l’ai repoussée à plus tard, et je me servirai d’un tour déja fonctionnel (soit via l’Electrolab, soit chez mes amis radio-amateurs mécaniciens) pour réaliser l’extrudeur. Par contre la réalisation d’un mandrin fraisé ou imprimé sera un truc à prévoir, même si c’est juste pour le fun.

Donc voici les étapes principales:

  • Base mécanique fonctionnelle
  • Fraiseuse numérique (ne devrait pas demander beaucoup plus de travail)
  • Imprimante 3D (demande la réalisation d’un extrudeur)

La première action de la première étape est donc la réalisation des drivers de moteurs pas à pas. Initialement, je devais me faire offrir des modules Pololu, mais je n’ai aucune nouvelle de ce coté, donc je vais commencer avec des L298. Comme grbl pilote les moteurs grâce à des impulsions (dir/step) il me faut aussi réaliser un indexeur, ce qui devrait être très simple avec un PIC. La seule différence avec les modules Pololu, c’est que je ne gèrerai pas le microstep, mais ce n’est pas très grave pour le début (mes moteurs seront des 400 pas par tour).

Les autres modes (commande manuelle avec volants et tournage) sont ou deviennent optionnels et seront réalisées plus tard.

Voici ce qui est déja réalisé:

  • Compilation de grbl : j’ai testé, cela fonctionne sans problème. Par contre je réalise que grbl ne sait pas piloter les températures d’un extrudeur, ce qui demandera la recherche d’un autre firmware. En attendant, grbl sera suffisant pour le mode fraiseuse.
  • Achat d’une plaque de verre pour le support de l’impression 3D (5 euros)
  • Achat de vis en laiton pour fabriquer des buses (1 euro)
  • Récupération de prises DB25 pour le câblage des moteurs. Je ne veux pas voir de fils trainer partout 🙂 Quand l’impression 3D sera fonctionnelle, j’imprimerai des maillons de chaine passe-câble pour que ce soit encore plus propre.
  • Récupération d’une broche, qui est en fait le premier outil que j’ai acheté. C’est une mini perceuse Maxicraft, qui m’a servi à percer mes premiers circuits imprimés réalisés au feutre noir et perchlo 😀 Cette perceuse fait 42 watts, ce qui est peu, mais sera utile pour commencer des essais de fraisage, probablement au début dans de la cire de bougie, puis dans du MDF.
  • Recherche d’infos sur les fraises. Des fraises cylindriques dremel se trouvent facilement à 10 euros les deux.
  • Mise en route de la récupération de mon arduino nano prêté à @hugokernel 🙂
  • Réflexion sur l’extrudeur: je me suis renseigné sur les types de filaments disponibles, il y en a deux selon les machines (1.75mm pour les buses fines <0.4mm et 3mm pour les buses plus grosses) Je commencerai par un extrudeur pour du fil fin, puis on verra ensuite pour un extrudeur 3mm.
  • Réflexions sur le banc chauffant: je pensais utiliser du scotch de cuivre, mais c’est pénible, alors que le mode fraiseuse me permettra de graver facilement un circuit imprimé.
  • Il faut que je sois capable de programmer un avr. Pour ça, je crois que mon raspberry pi pourra m’aider, il me semble avoir lu qu’on pouvait utiliser les gpios du rpi pour programmer l’avr, c’est à confirmer, et pas tout de suite, ce n’est pas urgent!

Idées supplémentaires: j’adorerais réaliser une extrudeuse de filaments pour récupérer le PEHD des boutons de bouteille 🙂 Je ne vais pas me priver de la concevoir, et je pense qu’elle sera très facile à réaliser, avec des éléments de plomberie! Je commence à collectionner les bouchons!

[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!