L’impression 3D, la « tête » d’impression et Openscad: l’OpenSource à la rescousse

Le tendeur en S dont j’avais évoqué l’idée dans le post précédent est maintenant réalisé. Il fonctionne à merveille 🙂

Les pièces du tendeur

 

Tendeur en place

 

J’ai eu ensuite quelques déboires avec les axes X et Y. J’ai finalement réglé mes problèmes en remplaçant tous les paliers par des roulements à billes. En effet, les paliers glissent très bien mais dès que les courroies sont sous tension, les déplacements sont plus durs et ça fini a un moment ou à un autre par coincer provoquant ainsi des mouvements saccadés…

J’ai donc usiné des nouveaux supports pour y insérer des roulements à billes de rollers à la place des paliers.

 

Roulements

Pour les chariots, j’ai remplacé le double palier par une douille à billes prisonnière à l’intérieur du chariot.

Douille à billes

Après ces quelques modifications, tout fonctionne parfaitement ! Pour les déplacements en Y, j’ai fait des premiers tests, j’arrive à une vitesse de 12 000 mm / min. Je ne pense pas pouvoir imprimer à cette vitesse, mais la machine supporte sans problème  une vitesse de déplacement élevée.

 

Reste à réaliser le support de la tête d’impression… Ce n’est pas une mince affaire, la pièce est relativement complexe, et j’ai du mal à la visualiser et surtout à en estimer les mesures exactes. J’arrive à mes limites 😉

Heureusement, l’ordinateur est là pour nous aider à simuler différents modèles de support. L’idéal pour moi étant de réaliser un modèle 3D qui me servira ensuite à projeter à plat les pièces pour pouvoir ensuite les fraiser.

 

Le premier « truc » qui vous vient à l’idée: SolidWorks ! Oui et bien c’est « très » cher et je ne l’ai pas. Sketchup alors ? Non, il ne tourne pas sous linux ( même avec Wine je n’y arrive pas ). Alors comme toujours on va regarder du côté des solutions opensource. J’en connais 4 que j’utilise régulièrement:

  • LibreCAD: Excellent outil mais qui se limite à la 2D, nous l’utiliserons pour compléter les projections 2D des pièces.
  • HeeksCAD: Pour ce qui est de la conception 3D, il le permet mais j’ai du mal avec son ergonomie…
  • FreeCAD: Très bien, dessin 3D paramétrique, pas trop dur à prendre en main. Mais il a un gros soucis pour le moment. Autant il permet de créer des pièces facilement autant il est très difficile de les assembler dans un modèle 3D complet. A surveiller dans les futures versions, il évolue assez vite.
  • OpenSCAD: Un outil atypique ! Il permet de dessiner des pièces complexes en 3D paramétrique, mais ici, point d’interface graphique, le dessin se fait à l’aide d’un langage de programmation.

 

Espace de travail

 

Mon choix s’est donc porté sur Openscad. Il présente aussi l’avantage de générer des fichiers STL qui seront utiles lors de l’utilisation de l’imprimante 3D. D’où l’intérêt de commencer à le maîtriser dès maintenant.

 

Openscad dispose d’un éditeur intégré mais celui-ci est peu évolué. Si vous voulez plus de convivialité, vous pouvez utiliser un éditeur externe. Pour celà, il faut « cacher » l’éditeur intégré et cocher l’option « Automatic reload and compile »

Option

 

Options

 

Si vous utilisez emacs comme moi, vous pouvez lui dire de traiter les fichier « scad » comme des fichiers C. Ça permet d’avoir une bonne indentation et une coloration syntaxique correcte.

Pour cela, il faut mettre les lignes suivantes dans le fichier « .emacs »

(add-to-list 'auto-mode-alist '("\\.scad$" . c-mode))

 

L’environnement est prêt, on peut commencer à travailler. Pour commencer par des choses simples, modélisons  une douille à bille.

// Linear Ball Bearing
include 

$fn=50;
$lbb_inner_diameter=8;
$lbb_outer_diameter=15;
$lbb_length=24;

module linear_bearing_15_24()
{
  color(Aluminum) difference()
    {
      cylinder($lbb_length,$lbb_outer_diameter/2,$lbb_outer_diameter/2,center=true);
      cylinder($lbb_length+1,$lbb_inner_diameter/2,$lbb_inner_diameter/2,center=true);
    }
}

//For test
linear_bearing_15_24();
Linear ball bearing

C’est très simple, juste la différence entre 2 cylindres ! Là ou c’est génial: on ajuste les variables et hop on change les côtes.

 

Pour continuer, un peu plus compliqué: la tête chauffante. On va la modéliser rapidement pour qu’elle nous serve ensuite de repère pour la construction du support.

 

// HotEnd jhead MK IV
$fn=50;

$hotend_resistor_diameter=5;
$hotend_filament_diameter=3;
$hotend_outer_diameter=16;
$hotend_peek_length=50;

// Peek element
module peek() {
color(black) difference()
  {
    difference()
      {
	// Peek cylinder
	cylinder($hotend_peek_length,$hotend_outer_diameter/2,$hotend_outer_diameter/2);
	// Hole for filament
	translate([0,0,5]) cylinder($hotend_peek_length,$hotend_filament_diameter/2,$hotend_filament_diameter/2);
      }

    // Mount groove
    translate([0,0,$hotend_peek_length-10])
	{
	  difference()
	    {
	      cylinder(5,9,9);
	      cylinder(5,6,6);
	    }
	}
  }

}

module copper_end()
{
  translate([-5,-6.5,3])
    {
      difference()
	{
	  cube(size = [16,13,8]);
	  translate([12,15,4])
	    {
	      rotate([90,0,0])
		{
		  cylinder(20,$hotend_resistor_diameter/2,$hotend_resistor_diameter/2);
		}
	    }
	}
    }
  difference()
	{
	  cylinder(3,1,4.5);
	  cylinder(3,0.35,3);
	}
  translate([0,0,3])
    {
      difference()
	{
	  cylinder(20,4,4);
	  translate([0,0,1]) cylinder(21,3,3);
	}
    }
}

module hotend()
{
  translate([0,0,13])
    {
      peek();
    }
  copper_end();
}

// For test
hotend();

 

Hotend

 

Pas mal non 😉

 

Et pour terminer le support. Grâce à openscad, on peut changer les côtes, déplacer les perçages… pour simuler tout ce qui nous passe par la tête !

Même si ça peut paraître compliqué au premier abord, c’est très agréable à utiliser. Je ne prétends pas maîtriser complètement l’outil, mais je me débrouille.

 

Autre point très intéressant, on peut utiliser des conditions et autres boucles. Ici j’utilise quelques variables qui si elles sont initialisées à 1 modifient le rendu pour me permettre d’obtenir rapidement les projections à plat.

 

// Hotend Mount

include ;
include ;

$top_length=50;
$top_width=50;
$side_height=50;
$hole_cable_diameter=15;

$fromA=0;
$fromB=0;
$fromtop=0;

module mount_top()
{
  difference()
    {
	cube(size = [$top_length,$top_width,15]);
	translate([15,15,-2]) cylinder(20,$hotend_outer_diameter/2,$hotend_outer_diameter/2);
    }
}

module mount_side_A()
{
  rotate([0,90,0])
    {
      difference()
	{
	  cube(size = [$side_height,$top_length+5,5]);
	  translate([25,40,0])
	    {
	      cylinder(15,$lbb_outer_diameter/2,$lbb_outer_diameter/2, center=true);  

	    }
	}
      if ($fromA==0)
	{
	  translate([25,40,5]) linear_bearing_15_24();
	}
    }
}

module mount_side_B()
{
  rotate([90,90,0])
    {
      difference()
	{
	  cube(size = [$side_height,$top_length,5]);
	  translate([40,35,0]) cylinder(15,$lbb_outer_diameter/2,$lbb_outer_diameter/2, center=true);
	  translate([30,15,1]) cylinder(10,$hole_cable_diameter/2,$hole_cable_diameter/2, center=true);        

	}
       if ($fromB==0)
	 {
      translate([40,35,0]) linear_bearing_15_24();
	 }
    }
}

module mount_complete()
{
  if ( $fromA==0 && $fromB==0 )
    {
      mount_top();
    }

  if ($fromtop==0 && $fromB==0)
    {
      translate([-5,-5,15]) mount_side_A();
    }
  if ($fromtop==0 && $fromA==0)
    {
      translate([0,0,15]) mount_side_B();
    }
  if ($fromtop==0 && $fromA==0 && $fromB==0)
    {
      color(black) translate([15,15,-48]) #hotend();
    }
}

module mount_full()
{

  if ($fromtop==0 && $fromA==0 && $fromB==0)
    {
      // rod A
      rotate([0,90,0]) translate([10,35,-50]) cylinder(300,4,4);
      // rod B
      rotate([90,90,0]) translate([25,35,-150]) cylinder(300,4,4);
    }
  //Holes for hotend groove
  difference()
    {
      mount_complete();
      translate([23,-10,7.5]) rotate([-90,0,0]) cylinder(40,2.5,2.5);
      translate([7,-10,7.5]) rotate([-90,0,0]) cylinder(40,2.5,2.5);
    }
}

if ( $fromtop==1 )
  {
    projection(cut=false) mount_full();
  }

if ( $fromA==1 )
  {
    projection(cut=false) rotate([0,90,0]) mount_full();
  }

if ( $fromB==1 )
  {
    projection(cut=false) rotate([90,0,0]) mount_full();

  }
if ( $fromtop==0 && $fromA==0 && $fromB==0 )
  {
    mount_full();
  }

 

Hotend mount

 

Si l’on utilise les variables indiquées en haut du fichier, on obtient les projections à plat des 3 faces qui m’intéressent.

Si: $fromA=1;

fromA

Si $fromB=1;

 

FromB

 

Si $fromTop=1;

 

FromTOP

 

Le tout peut être exporté en DXF pour être ensuite utilisé dans LibreCAD puis HeeksCNC pour le fraisage des pièces. Seul petit bémol, les cercles et arcs de cercles sont des successions de segment ce qui n’est pas optimal. On peut facilement les reprendre dans Librecad.

Les différents plans sont regroupés dans un Zip si vous voulez jouer avec openscad.

Si un expert openscad passe par là, il peut nous donner des astuces dans les commentaires, je suis preneur 😉

La suite sur la fraiseuse…

L’impression 3D, jeux de courroies

Après avoir monté le chassis et l’axe Z, il est temps de s’attaquer à une partie assez compliquée: les entraînements X et Y par courroies.

Ayant à ma disposition plusieurs jeux de poulies MXL provenant d’imprimantes et autres scanners, j’ai commandé les courroies correspondantes à cette norme anglo saxonne ( pas de 2.032 mm ). L’inconvénient vient du diamètre des mes poulies, un petit peu grand. Je pourrais éventuellement en imprimer par la suite si la machine marche bien. Par ailleurs, j’ai volontairement commandé des courroies un peu grandes pour me permettre de tester  l’entraînement direct par les moteurs.

 

Je dispose des quelques poulies crantées mais pas assez pour les 2 axes.

Poulie crantée

Il me faut donc fabriquer des poulies lisses pour les installer à l’opposé des poulies crantées. N’ayant pas de tour sous la main, j’ai usiné 2 flasques en PVC qui sont ensuite collées.

Flasques

 

Un coup de colle PVC et l’on dispose de belles poulies !

Poulies lisses

Les axes de guidage en acier de 8mm sont tenus sur le châssis par des supports usinés dans du PVC de 5mm.

Usinage en cours

Un palier en bronze permet d’assurer la rotation de l’axe. Une rondelle vient empêcher le guide de sortir du palier.

Support d'axe

 

Les moteurs sont installés dans des supports en PVC de 5 mm. Les courroies passent directement sur la poulie du moteur procurant ainsi un entraînement direct. Le support du moteur pouvant coulisser le long du chassis, il sert ainsi à tendre la courroie avant d’immobiliser le tout à l’aide des 2 vis 6 pans creux.

Moteur X

 

Moteur pour l'axe Y

 

Les poulies lisses sont installées à l’opposé des poulies crantées.

Poulies

 

Moteur Y

 

Chaque axe disposant de 2 courroies, la première est tendue par la position du moteur. La deuxième dispose d’un tendeur improvisé à partir d’une poulie récupérée dans une imprimante.

Tendeur pour l'axe Y

 

La motorisation de l’axe Y est prête, reste à mettre en place les chariots supportant la barre de guidage Y. Les chariots sont usinés en 2 parties puis assemblés à l’aide de 3 boulons.

Demi chariot

L’axe est ainsi solidaire du chariot une fois les boulons serrés.

Un des chariots pour l'axe Y

 

La courroie est bloquée sous le chariot par une plaque usinée dans du PVC de 3mm et vissée à l’aide de 2 vis dans le PVC du chariot.

 

Un des chariots pour l'axe Y

 

Un des chariots pour l'axe Y

Les moteurs sont câblés avec des câbles RJ45 dont les conducteurs sont utilisés 2 par 2 pour permettre de disposer d’une plus grande section. Les câbles sont ensuite glissés dans les rainures du châssis.

Connecteurs

 

Connecteurs

 

L’axe X ne dispose pas encore de son tendeur. Il est plus compliqué à réaliser que pour l’autre axe étant donné la présence du moteur de l’axe Z qui va obliger à réaliser un tendeur en S pour abaisser la courroie sous le support du moteur.

 

Sketch

 

Le montage a bien avancé, les moteurs sont en place et l’axe des Y est complet. La barre de guidage de la tête d’extrusion se déplace suivant l’axe Y avec une vitesse importante et une grande fluidité. Le poids de la structure limite les vibrations mais des patins anti-vibration sous les pieds ne seraient pas de trop quand même.

 

 

Bientôt la suite avec je l’espère des tests d’impressions !

L’impression 3D, le châssis et l’axe Z

Le châssis de la future imprimante est constitué de profils d’aluminium de 20mm X 20mm. Les profilés ainsi que les noix de jonction ont été commandés sur le site Motedis. Bêtement j’ai commandé des barres de 1M au lieu de commander directement des tronçons de la bonne longueur. J’ai donc du les découper moi-même à la scie sauteuse pour avoir des coupes les plus droites possible. Une scie à onglet aurait été parfaite mais je n’en n’ai pas.

 

 

Les extrémités des barres sont taraudées à la main afin de pouvoir visser les noix de jonction. Après quelques minutes de montage, voilà un châssis très rigide de 330mmx400mm.

 

 

Le plateau supportant la pièce à extruder sera mobile sur l’axe Z. Son guidage sera assuré par 2 douilles à billes glissant sur des barres de 16mm de diamètre.

 

Les pièces venant se fixer sur le châssis seront usinées dans du PVC de 15mm, 5mm ou 3mm. Ici, les supports des barres de guidage proviennent d’une plaque de PVC de 15mm. Je mettrais les plans des différentes pièces dès que la machine sera terminée.

 

 

Le moteur ( un NEMA 23 ) est fixé sur le dessus de la machine à l’aide d’un support en PVC de 15mm.

Une tige fileté M6 au pas de 1mm sert d’entraînement pour l’axe Z.

 

Une pièce triangulaire en bas de la machine accueille un roulement de 6mm à l’extrémité de la tige filetée.

 

 

La plateforme Z constituée d’une plaque en MDF de 10mm sera supportée par des bras en PVC de 15mm venant se bloquer sur les douilles à billes.

Fraisage des supports

 

Les supports sont en 2 parties: un bras et une mâchoire permettant de serrer la douille à billes.

 

Supports Z

 

La plateforme est mise en place.

Plateforme Z

Malheureusement après quelques tests, il s’avère qu’il y a un jeu relativement important dans les douilles à billes (2) ! Peut-être une mauvaise qualité de ces douilles ou alors l’usage vertical n’est peut-être pas conseillé. Afin d’y remédier, j’ai placé une tige filetée à l’arrière des bras (1) pour « écraser » les douilles sur l’axe. Cette méthode m’a permis de réduire complètement le jeu au prix d’une légère augmentation du frottement des douilles sur les axes. Ce n’est pas bien grave, le moteur NEMA 23 ayant une force considérable pour cet usage 😉

Correction du jeu

J’ai aussi tenté de remplacer les douilles par des bagues usinées dans du PEHD mais c’était pire que tout ! Il n’y avait pas trop de jeu mais les déplacements n’étaient pas fluides…

Bagues en PEHD

 

Pour compléter la plateforme, la plaque chauffante est posée sur un isolant thermique utilisé par les plombiers pour protéger les murs lors des soudures. Ça résistera sans problèmes aux 150° de la plaque chauffante !

 

 

Isolant sur la plateforme

Reste à mettre en place un jeu de vis / ressorts pour ajuster l’assiette de la plaque chauffante par rapport à l’extrudeur. Malgré les usinages précis des pièces, il y a toujours des petits défauts d’ajustement à corriger…

 

Par ailleurs, j’ai reçu l’extrudeur J Head MKIV-B Hot-End pour la suite des opération 😉 Il est de très bonne facture !

J HEAD MKIV

Réparation d’un pilote automatique Raymarine ST2000+

Le pilote automatique est vraiment l’ami du marin à condition de pouvoir compter sur lui dans toutes les situations.

Nous avons un pilote automatique Raymarine ST2000+ qui nous a rendu de grands services depuis 3 ans. Seulement voilà, depuis quelques temps nous constatons un jeu anormal dans le bras du pilote avec de temps en temps un cap plus qu’aléatoire…

Après un démontage rapide de la bête, nous trouvons quelques morceaux de plastique qui traînent dans le corps du pilote.

  • Un joint torique ( celui qui assure l’étanchéité du bras ) est cassé. Les morceaux sont tombés dans le logement du compas et en perturbent le fonctionnement. Il faut les retirer à coup de pince brucelle.
  • Des petits bouts de plastique noir se promènent sous l’extrémité de la vis à bille. Rien de bien encourageant…

Voilà qui explique probablement le jeu dans le bras du pilote.

Il faut démonter entièrement le pilote pour réparer les différentes pièces. D’abord la vis à bille, il y a des morceaux de plastique qui en tombent et elle a un jeu excessif. Je décide alors de prendre le risque de la démonter intégralement sans savoir si j’arriverais ensuite à remettre tous les éléments !

Je me retrouve assez vite avec la vis d’un côté et une trentaine de billes d’1mm de diamètre qui ne demandent qu’à sauter partout sur mon espace de travail.

Il faut replacer les billes sur le pas du palier en bronze en les « collant » avec de la graisse. Mais avant celà je vais usiner une bague en DELRIN pour remplacer celle qui était cassée. A priori elle servait à limiter le jeu dans la vis.

Cette baque ressemble en plus large à celle en blanc sur cet éclaté de vis à bille.

 

Après un tour dans LibreCad / HeeksCad me voilà en possession d’une belle bague toute simple qui rentre parfaitement dans son logement. Vive la fraiseuse numérique !

 

 

La bague est collée à la sortie du palier avec de la résine époxy.

 

 

Voilà le palier est prêt à accueillir les billes. Reste un long travail de patience ! L’intérieur du pas de vis est badigeonné de graisse silicone et les billes sont placées une à une dans leur logement. Quel travail, il me faudra pas loin de 45 min pour tout remettre en place.

 

  1.  Les munitions
  2. L’arme fatale
  3. La cible

Ça y est, la vis est remontée, elle fonctionne parfaitement.Ouf !

 

Deuxième problème, le jeu d’1cm dans la barre. En démontant la tige filetée, je vois que le support du roulement à l’extrémité de la vis est cassé. En effet, lors des virements de bord, la vis vient « taper » sur le support du roulement ce qui fini par le fracturer. Le roulement n’est plus tenu et il se promène le long de la tige. Seule la poulie à l’extrémité de la vis vient buter sur le support en aluminium et empêche la vis de sortir complètement de son logement… Je ne suis pas le seul a avoir constaté ce problème ce qui me fait penser à un défaut de conception. Dommage qu’un pilote qui n’est quand même pas donné souffre d’un problème de fragilité d’une pièce en plastique qui doit coûter quelques euros à produire !

Je vais supprimer la partie cassée pour la remplacer par une pièce en DELRIN qui sera fixée à l’aide de 2 vis sur la plaque de support en aluminium.

On voit la partie arrachée sur le support du roulement 🙁

 

Voilà une photo du résultat. Je n’ai pas fait de photos du remontage, j’étais pressé de tester !

  1. La plaque en delrin fraisée pour accueillir d’un côté les glissières de la vis à bille et de l’autre le roulement de 19mm.
  2. Encore un défaut, les support de vis cassent tous seuls sans même une intervention quelconque…

 

Après quelques tests tout fonctionne parfaitement. J’espère que les réparations faites seront durables et que les constructeurs prendront conscience de l’obsolescence programmée de leurs produits.

 

Ne jetez plus, réparez si vous le pouvez !!!