3. Impression 3D#
Après avoir designé un kit FlexLinks, il est temps d’apprendre à utiliser les imprimantes 3D pour imprimer notre kit. Nous verrons dans ce module comment à partir du fichier de conception “.scad” que nous avons produit au module précédent, nous pouvons aboutir à une pièce finie imprimée en 3D.
Génération des fichiers STL#
Dans le module précédent, nous avions modélisé un kit FlexLinks avec le programme OpenSCAD. Nous avions écrit du code dans un fichier “.scad” propre à OpenSCAD. En compliant ce code depuis la fenêtre d’OpenSCAD, le programme calculait un rendu graphique que nous pouvions apercevoir dans la fenêtre de droite. L’idée était qu’une fois la pièce finie, on calcule le rendu pour délimiter notre objet 3D. Une fois ce rendu calculé, il faut l’exporter en tant que fichier “.stl”. Ceci peut etre fait depuis le haut de la fenêtre d’OpenSCAD (ou avec le raccourci F7 sur Windows). Ce fichier “.stl” sera nécessaire au logiciel de l’imprimante 3D pour produire les instructions d’impression dont elle aura besoin.
J’ai donc récupéré mon code du module précédent ainsi que le code de Soufiane qui avait réalisé un Lego destiné à s’emboiter sur le kit que j’ai réalisé. J’ai ensuite calculé le rendu pour les 2 pièces depuis OpenSCAD et exporté les rendus obtenus en fichiers “.stl”.
Après avoir généré les fichiers “.stl”, je les ai ouverts avec le programme Paint 3D (programme proposé par défaut sur Windows 10) pour m’assurer que le rendu calculé était bien conforme aux pièces que nous avons modélisées.
Préparations pour l’impression 3D#
Maintenant que nous avons nos fichiers “.stl”, nous allons faire le nécessaire pour produire nos pièces en 3D. Les imprimantes 3D disponibles au FabLab sont des imprimantes de type Prusa i3 MK3/S/S+. Elles permettent d’imprimer des pièces en 3D à partir d’un fichier “.gcode”. Ces machines possèdent un port SD (pas micro-SD) dans lequel une carte SD peut etre insérée. Cette carte SD devra contenir le fichier “.gcode” associé à la pièce que vous voulez imprimer en 3D. Ces imprimantes 3D permettent d’imprimer des objets en 3D à partir de rouleaux de filaments chauffés au contact d’une plaque d’impression sur laquelle la pièce sera imprimée. Les imprimantes ont besoin de quelques instants pour chauffer leur plaque d’impression avant de pouvoir imprimer une pièce. Avant d’imprimer, les imprimantes calibrent également la position de leur tete d’impression grâce à 9 points de références. L’interface de l’imprimante 3D est assez intuitive et permet de s’y retrouver facilement pour le lancement d’une impression.
Avant de lancer votre impression, vous devrez donc générer un fichier gcode. Ceci peut etre fait à partir du logiciel PrusaSlicer associé à l’imprimante 3D. Vous pouvez télécharger ce programme ici. Comme d’habitude, choisissez la version correspondant à votre système d’exploitation et suivez la procédure d’installation. Si vous avez de la place sur votre ordinateur, je vous conseille de télécharger le package complet contenant tous les pilotes et applications. Cela vous permettra de vous assurer qu’il ne risque pas de manquer un composant pour le bon fonctionnement de votre programme. C’est ce que j’ai fait pour ma part, mais ce n’est pas obligatoire, le programme est censé fonctionner dans tous les cas.
Une fois le téléchargement terminé, vous pouvez ouvrir le programme. Lors de la première ouverture du programme, on nous a conseillé de l’ouvrir en mode expert pour pouvoir accéder à tous les paramètres de réglages décrit dans le tutoriel qu’on nous a fourni. Le logiciel se présente sous la forme d’une fenêtre principale représentant le plateau d’impression d’une imprimante 3D Prusa muni d’un référentiel 3D et d’axes orthogonaux entre eux. Le programme possède également d’autres onglets et un panneau lateral. Dans le panneau latéral vous devrez spécifier les caractéristiques de votre imprimante 3D. Celles-ci sont clairement décrites dans le tutoriel fourni. Suivez-le donc bien à ce stade. Il contient non seulement les paramètres de configuration dont vous aurez besoin, mais explique aussi comment régler certains problèmes courants lors de l’impression d’une pièce. Entrez les caractéristiques de l’imprimante dans le panneau latéral (20 mm pour le rayon de la buse, PLA générique comme filament utilisé et Original Prusa i3 MK3S & MK3S+) pour configurer le programme en fonction des paramètres de votre impression.
Une fois le slicer configuré pour votre imprimante, importez le fichier “.stl” de la pièce que vous voulez imprimer en utilisant l’onglet “Fichier” puis “Importer” et “Importer STL/3MF/STEP/OBJ/AMF…” en haut à gauche de la fenêtre du programme.
Votre pièce apparaitra alors sur le plateau de l’imprimante présenté sur le programme. Vous pouvez ensuite la déplacer, la redimensionner, la faire tourner, la placer sur une autre face et bien d’autres choses à l’aide des panneaux apparaissent à gauche et en haut de la fenêtre. Dans le cas de mon kit, je ne voulais pas apporter de modifications et directement générer le gcode correspondant à la pièce. J’ai donc appuyé sur “Découper maintenant” en bas à droite de la fenêtre.
Après avoir appuyé sur “Découper maintenant”, le programme a généré le gcode correspondant à ma pièce. Pour exporter le gcode obtenu vers un fichier “.gcode”, il faudra appuyer sur le bouton “Exporter le G-code” qui apparait désormais en bas à droite de la fenêtre.
On voit sur la fenêtre les différentes couches que la machine va réaliser pour produire ma pièce. On y voit également une estimation du temps que prendra la machine pour réaliser la pièce ainsi que le temps mis pour réaliser chaque aspect de la pièce (périmètre, remplissage, bordure etc.). Un temps d’impression trop court indique dans la plupart des cas que vous avez sous-dimensionné votre pièce, ce qui a été le cas pour moi. Faites donc attention au temps d’impression estimé et réajustez les dimensions de votre pièce de telle sorte que le temps d’impression soit raisonnable par rapport au temps dont vous disposez.
Vous pouvez visualiser les étapes d’impressions par lesquelles la machine passera en jouant avec les flèches horizontale et verticale oranges qui apparaissent autour de la fenêtre qui représente votre objet. En jouant avec la flèche orange verticale, vous pouvez visualiser couche par couche le rendu qu’aura votre pièce au moment où la buse atteindra la position fixée par la flèche horizontale. En jouant avec la flèche orange horizontale, vous pouvez visualiser à une couche donnée, les positions successives par lesquelles la buse passera pour dessiner la pièce.
J’ai également importé le Lego conçu par Soufiane afin de le rajouter à mon Kit. La pièce apparaissait sur son extimité cylindrique. Cette position n’est pas optimale pour l’impression 3D, car la pièce repose sur une petite surface qui doit soutenir tout le poids de la pièce. Il faut prendre l’habitude de positionner ses pièces sur la face la plus large, comme indiqué dans le tutoriel fourni.
Pour faire basculer votre pièce sur une autre de ses faces, vous devez sélectionner “Placer sur une face” dans le panneau latéral gauche. Des disques blancs apparaissent alors sur chacune des faces de l’objet. Pour sélectionner la face sur laquelle vous voulez faire basculer la pièce, il suffit de cliquer sur le disque correspondant à la face souhaitée.
Pour ma part, j’ai cliqué sur le disque situé sur le haut de la pièce, car il correspond à une des plus grandes faces de la pièce. La pièce est maintenant posée sur une face stable, avec la partie cylindrique dirigée vers le haut.
Maintenant que la pièce est orientée comme voulue, il est temps de générer les instructions d’impression pour l’imprimante 3D (le G-code). Pour ce faire, j’appuie sur le bouton “Découper maintenant” en bas à droite, comme j’ai fait pour mon kit.
On voit alors sur la fenêtre que le temps d’impression de la pièce est estimé à 6 minutes, ce qui est 2 fois plus élevé que le temps estimé pour mon kit. Ceci s’explique par le fait que j’ai sous dimensionné mon kit. Notez que les dimensions de la pièce sont également reprises dans la partie droite de la fenêtre. Si votre pièce est mal dimensionnée, vous pouvez toujours modifier ses dimensions depuis le slicer avant de générer le G-code. Vous pouvez conserver les proportions en ajustant une dimension depuis la partie droite de la fenêtre.
D’autre part, lorsque l’impression de la pièce risque de présenter des instabilités du fait du positionnement ou de la forme de la pièce, le slicer vous préviendra. Afin d’éliminer ces instabilités, vous pouvez essayer de réorienter la pièce pour la mettre sur une face plus stable. Il se peut très bien que ça ne suffise pas à éliminer les instabilités. Vous pouvez alors générer des supports pour soutenir votre pièce lors de l’impression. Pour ce faire, rendez-vous dans l’onglet “Réglages d’impression” en haut de la fenêtre puis cliquez sur “Supports” dans le panneau lateral gauche de la fenêtre. Cochez ensuite la case à côté de “Générer des supports”. Ceci aura pour effet de générer des supports pour votre pièce. Vous pouvez également activer la génération automatique des supports pour vos pièces en cochant la case correspondante, c’est ce que j’ai fait pour mes pièces (cela m’évite de devoir systématiquement générer des supports en cas d’instabilités).
Impression des pièces et choix des paramètres#
Après avoir exporté le G-code en fichier “.gcode”, il est temps d’imprimer vos pièces en 3D. Pour ce faire, placez votre g-code sur une carte SD. Si comme moi, vous n’avez pas de lecteur de carte SD sur votre PC, vous aurez besoin d’un adaptateur SD vers USB pour envoyer votre g-code sur la carte SD. Ensuite, placez la carte SD dans le port de l’imprimante 3D et sélectionnez votre fichier via l’interface de l’imprimante. Lancez ensuite l’impression en appuyant sur le bouton central.
Notez que certains problèmes peuvent survenir lors de l’impression de votre pièce. Les problèmes les plus courants sont décrits dans le tutoriel fourni. Assurez-vous bien que le filament soit bien chargé dans la machine avant de lancer votre impression. Il faudra également verifier que le plateau soit propre, pour éviter que le filament colle durant l’impression. Nettoyez le plateau de l’imprimante avec du papier et de l’alcool avant et après vos impressions.
Pour que vos pièces puissent s’emboiter les unes dans les autres, il faudra adapter les dimensions des parties qui doivent s’emboiter les unes dans les autres avant l’impression. Dans mon cas, le Lego doit aller sur le kit donc le creux cylindrique situé en bas de la pièce doit permettre d’accueillir un des cylindres situés sur le haut du kit. Il faudra alors choisir des dimensions adaptées pour le rayon du cylindre du lego, sa hauteur ainsi que des dimensions adéquates pour la longueur et la largeur de la pièce pour pouvoir disposer un Lego sur chaque cylindre du kit. La longueur et la largeur du Lego doivent correspondre au diamètre d’un cylindre du kit augmenté de la longueur correspondant à l’espacement entre 2 cylindres sur le kit.
Si vous imprimez vos pièces en respectant ces dimensions théoriques, vous vous rendrez compte que vos pièces ne s’emboiteront pas contrairement à ce à quoi nous pouvions nous attendre. En effet, pour permettre à des pièces de s’emboiter entre elles, il faut prévoir un jeu entre les pièces. Dans mon cas, puisque c’est le Lego qui s’emboite sur le kit, je dois légèrement surdimensionner le rayon du cylindre du Lego et sa hauteur pour lui permettre de s’emboiter sur le kit. Pour déterminer la bonne valeur de jeu à laisser, il faudra faire des tests. Je vous conseille de travailler par palier de 0.1 mm et d’augmenter progressivement le jeu entre vos pièces jusqu’à trouver le jeu qui permet aux pièces de s’assembler correctement. Trop peu de jeu empêchera vos pièces de s’emboiter alors que trop de jeu fera que la pièce emboitée se déplace trop facilement autour de la pièce qui l’accueille. Puisque ces tests prennent du temps, veillez à faire tous vos tests sur une pièce avant d’en imprimer d’autres. Dans mon cas, on peut réimprimer plusieurs fois un Lego dont on adapte à chaque fois légèrement le jeu et tester chacune de ces pièces jusqu’à déterminer celle qui s’emboite le mieux à mon kit. Par la suite, nous pourrons imprimer autant de Lego que l’on souhaite pour les placer sur le kit.
Paramètres et résultats finaux#
Pour réaliser un kit d’une longueur fixée, vous pouvez reprendre le fichier STL du kit, l’ouvrir dans le slicer et appliquer le grossissement voulu sur la pièce en jouant avec les paramètres d’échelle dans la section “Manipulation de l’Objet” en bas à droite dans la fenêtre du slicer. Vous pouvez voir sur l’image ci-dessous que j’ai sélectionné une échelle de 500% pour la dimension X (les dimensions Y et Z se sont également automatiquement ajustées pour conserver les proportions de la pièce). Ceci signifie que les valeurs de tous les paramètres de longueurs que j’avais spécifié dans le code du fichier OpenSCAD seront multipliées par 5. Je n’ai pas choisi ce facteur d’agrandissement tout à fait par hasard. En effet, je voulais avoir une pièce suffisamment grande mais également avoir un temps d’impression raisonnable (moins de deux heures pour me permettre de le réaliser dans le temps dédié à ce module). J’ai alors testé plusieurs facteurs d’échelle (de 1 à 6), cliqué sur le bouton “découper maintenant” pour obtenir une estimation du temps d’impression de la pièce et décider quelles dimensions je donnerais à mon kit. C’est comme ça que j’ai choisi une échelle de 500% pour mon kit, correspondant à un temps d’impression approximatif de 1h34.
Initialement, la longueur de mon kit était de 14mm, le rayon des cylindres valait 0.3 mm, leur hauteur valait 0.5mm et les espacements entre cylindres étaient de 0.4mm. En appliquant un facteur de grossissement de 5 sur chaque dimension du kit, on obtient une longueur de 7cm, un rayon de cylindre de 1,5mm, une hauteur de 2,5mm et des espacements entre cylindres de 2mm.
Ce sont donc ces dimensions qu’il faudrait initialement considérer pour l’impression du Lego. Nous pouvons fixer la profondeur du creux cylindrique du Lego à la hauteur de cylindre du kit (2,5mm), le rayon du creux correspond au rayon du cylindre (1,5mm) et les longueur et largeur de la partie cubique du lego peuvent etre fixées à la valeur du diamètre du cylindre augmenté de l’espace entre cylindre (3mm + 2mm = 5mm). Les dimensions du cylindre du Lego sont naturellement les memes que celles des cylindres du kit. Nous pouvons directement modifier le fichier SCAD correspondant au Lego pour entrer ces valeurs de paramètres, puis générer un nouveau fichier STL que nous pourrons manipuler dans le slicer. Une autre possibilité consiste à appliquer le meme facteur d’échelle sur le Lego que sur le kit (pour que cela fonctionne il faudra forcément que les dimensions du Lego dans le fichier SCAD correspondent déjà au kit décrit dans le fichier SCAD).
J’ai d’abord commencé par imprimer mon kit de 7cm de long. Ceci m’a pris, comme prévu, à peu près 1 heure et 34 minutes. Le résultat obtenu est visible sur la photo ci-dessous.
J’ai ensuite imprimé un Lego ayant les dimensions théoriques correspondant au kit (un “cube” de longueur et de largeur égales à 5mm, un rayon de cylindre de 1,5mm et une hauteur de cylindre de 2,5mm). Comme on pouvait s’y attendre, avec ces dimensions, il était très difficile de faire emboiter le Lego sur le kit. Il m’a donc fallu revoir ces dimensions pour laisser un peu de jeu entre le Lego et le kit et obtenir un emboitement convenable. J’ai donc légèrement augmenté le rayon du creux du cylindre (1,55mm au lieu de 1,5mm), et sa hauteur (2,6mm au lieu de 2,5mm). J’ai également décidé de légèrement réduire la taille de la partie “cubique” de la pièce (4.9mm au lieu de 5mm) afin de permettre l’emboitement éventuel de plusieurs Legos adjacents sur le kit.
De cette façon, j’ai pu emboiter le Lego sur mon kit. Le résultat final est visible sur la photo ci-dessous.
