Introduction


Introduction2013-10-26 19.26.38

Depuis quelques années je m’intéressais à l’impression 3D et au début 2013, en voyant les résultats de plus en plus convainquant j’ai fini par me lancer. J’ai d’abord fait mes recherches pour acheter une imprimante 3D, mais aucune ne me satisfaisait encore par ses spécifications techniques ou son design. J’ai fait un tour des connaissances techniques requises pour concevoir un premier modèle et je me suis senti à l’aise avec mon parcours professionnel (ingénierie). Voici donc une présentation du premier prototype.

Spécifications techniques:

Technologie d’impression: extrusion thermoplastique (fused filament fabrication)

Mécanique:

  • Volume d’impression: 260 x 240 x 216 mm
  • Résolution : 100 microns (0.1mm)
  • Diamètre de filament: 1.75mm
  • Diamètre de la tête d’impression: 0.35mm
  • Châssis en contreplaqué de bouleau 6mm ep.
  • Volume du châssis: 40 x 40 x 45 cm
  • Surface d’impression en verre supporté par une plaque d’aluminium, chauffante.

Mouvement:

  • Tiges d’acier à roulement chromé et roulement à billes linéaire double en Z
  • Palier en bronze de grande qualité sur les axes XY
  • Moteur pas à pas de 1.8° et 16 microsteps par pas.
  • Courroie GT2

Électronique

  • Arduino Mega 2560 USB
  • Ramps 1.4
  • Écran LCD
  • Carte mémoire SD 4GB

Matériel:

  • PLA

 

Un châssis solide

Pour effectuer des changements de direction fréquents et rapidement, il faut un châssis qui soit en mesure d’encaisser les vibrations. L’important c’est que la tête d’impression reste alignée précisément avec la table et pour ce faire, il faut du solide. Le contreplaqué de bouleau offre l’avantage d’avoir un bon rapport résistance/poids, d’être facile à découper au laser et abordable. Le bois offre aussi l’avantage d’être facile à percer/tailler à la maison avec des outils simples.

Le bois a cependant le défaut de travailler avec l’humidité. Je n’avais pas pensé à ce problème et je dois réajuster la planéité de la table d’impression après quelques jours si la météo change. C’est un problème qui pourrait se régler avec une couche de peinture.

Le format boite offre une meilleure résistance dans les axes x et y, mais permettra plus tard une fermeture plus facile des panneaux. Ce qui permet de stabiliser la température et conserver la chaleur pour éviter la dé-lamination de l’ABS. D’autant plus qu’il sera apprécié de capter les fumées d’ABS fondu… Mais je ne suis pas rendu là.

Une tête d’impression petite et légère

Une petite formule: F=m * a

Ce qui veut dire que la force est égale à la masse multipliée par l’accélération. Plus la masse est importante plus il faudra de force au moteur pour accomplir un mouvement composé d’accélération et de décélération. L’impression d’une pièce requiert souvent plusieurs milliers de mouvements. La réduction de la masse permet d’atteindre une vitesse plus grande en générant moins de vibration. Ce qui donne une impression plus rapide et de meilleures qualités. L’économie d’énergie sur la durée de vie de l’imprimante est aussi non négligeable. Je n’ai pas fait d’étude comparative, mais il est raisonnable de penser que des moteurs qui forcent moins sont aussi moins bruyants.

Donc pour diminuer la masse mobile, tous les moteurs ont été fixés sur le châssis. La tête repose sur un système où se croisent les axes x et y.

Système d'axesExtruder

Le mécanisme de l’extrudeur a été séparé de la tête par un tube bowden. Le positionnement devrait être mieux contrôlé et plus rapide, mais il y a aussi des défauts. Le système d’axe requiert un cadrage plus précis et plus difficile à assembler tandis que le tube d’apport entraine un écoulement plus difficile à contrôler.

Retirer l’extrudeur de la tête a l’avantage de réduire la masse, mais aussi de réduire la taille de la tête. Ceci permet d’agrandir la zone d’impression.

 

Filament

Deux diamètres de filament sont plus facilement accessibles sur le marché: 3mm et maintenant 1.75mm

Le diamètre 1.75mm a été choisi. Pour extruder du PLA dans un trou de 0.35mm de diamètre, il faut moins d’effort en partant d’un filament de 1.75mm que d’un filament de 3mm de diamètre. Un filament plus mince fond plus rapidement aussi. Sans compter qu’il est plus flexible et facile à passer dans le tube d’apport.

Il implique aussi une meilleure résolution d’extrusion. Pour un pas de moteur donné, le volume de filament déplacé sera plus fin pour un filament plus mince.

 Écran LCD et Carte SD

Un câble USB relie l’ordinateur à l’imprimante pour passer les instructions de mouvements. Cependant puisqu’une impression peut durer plusieurs heures, il est appréciable de libérer l’ordinateur. On le remarque surtout lorsque l’on a oublié de désactiver les mises à jour automatiques et que l’ordinateur redémarre sans demander la permission et bien sûr l’impression en cour est à recommencer.

Écran LCDLe Smart LCD Controller de RepRap Discount dispose d’un écran LCD permettant de contrôler l’imprimante 3d sans être relié à l’ordinateur. Un bouton poussoir permet de naviguer dans les différents menus et de lire un fichier sur la carte SD. Il s’agit d’une carte SD formaté comme les autres sur lequel on vient copier le fichier gcode.

J’ai entendu dire qu’un logiciel de contrôle par câble USB envoi les commandes une par une et pourrait occasionner des micropauses dans le mouvement de l’imprimante lors de géométrie complexe tandis que la carte SD permet au firmware de prendre de l’avance en plaçant les prochaines commandes en mémoire tampon. Le résultat est un mouvement plus fluide.

Imprimer sur du verre

Une surface de verre est peu dispendieuse, mais offre aussi une très bonne planéité et un beau fini de surface. Et en plus, c’est cool d’imprimer sur un miroir 😉 Pour ce faire il faut disposer d’une plaque cVis d'ajustementhauffante et maintenir une température de 60°C. Une plaque que j’attends toujours d’ailleurs de mon fournisseur…

La table d’impression devra être mise à niveau plus ou moins souvent et il est apprécié de disposer d’un montage en trois points. Ce montage est plus respectueux du concept de l’isostatisme… Concept qui veut qu’une chaise ne repose que sur trois points et que la quatrième patte branle tout le temps…

Bref en fixant une vis à l’arrière, il ne reste plus que deux vis d’ajustement à l’avant pour mettre la surface d’impression de niveau et le tour est joué.

En appuyant la surface d’impression sur des ressorts, l’ajustement est plus facile, mais aussi il pardonne un impact entre la tête et la surface. Ça ne garantit rien, mais ça peut éviter des axes déformés ou des bris mécaniques. Surtout que lorsque l’imprimante 3d cherche son zéro et qu’elle le trouve, elle dépasse un peu avant de faire un retour plus précis et plus lent. Il n’y a pas de position x/y où la tête sort librement de la surface d’impression alors je préfère l’envoyer chercher sa position en z à l’autre extrémité.

 La première impression 3D

Je dois dire qu’il n’y a pas d’économie à faire de la construire sois même versus acheter un kit ou une imprimante 3d déjà montés. Par contre, il y a beaucoup à apprendre à le faire sois-même et aussi la satisfaction d’avoir un design à son goût.

Il faut s’assurer des calculs de tolérances, les déflexions, la résolution. Le calcul des moteurs, la force nécessaire, la compatibilité de l’électronique, la programmation du firmware, la sécurité, etc. Il faut fouiller les catalogues pour obtenir des pièces, trouver des alternatives pour ceux qui ne livrent pas au Canada tout en contrôlant les coûts. Attendre un peu pour la livraison et finalement enfin pouvoir commencer l’assemblage.

Finalement, le 8 juin 2013, après 3 mois de conception, de recherche, d’essais et d’erreur a eu lieu la première impression.

Première impressionRien d’impressionnant en fait juste un petit rectangle et vide de surcroît. Mon entourage se demandait bien qu’est-ce que j’allais faire avec ça… des blocs Lego?

2013-09-26 00.12.39Yoda

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il faut dire qu’aujourd’hui les résultats sont bien meilleurs!

Solid Utopia V1

Solid Utopia V2

Solid Utopia V3

 


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2 commentaires sur “Introduction

  • jacques roy

    Je suis passé au minimaker faire samedi passé.Le clou de ma visite a été sans hésitation l’imprimante SOLID-UTOPIA, belle machine et surtout bonne qualité de fabrication.J’ai consulté rapido la section ressources du site et les tutoriels et j’y ai vu un début de compréhension de ma part en ce qui a trait à la configuration de MARLIN enfin des explications claire et en français,bravo.J’ai fait l’achat d’une carte ARDUINO UNO pour pratiquer ce que je lis sur le sujet depuis des mois,belles soirées en perspective.
    Je vais suivre l’évolution de cette machine,c’est certain.
    à bientôt.

    • SolidUtopia

      Merci Jacques pour le bon commentaire. J’ai bien apprécié notre conversation, ce fut un plaisir.
      * À noter que l’imprimante présenté au Maker Faire était la Solid Utopia V2.