4. Computer Controlled Cutting#

Le but de ce module est de sélectionner un outil FabLab et apprendre à l’utiliser, Personnellement, j’ai choisi la découpeuse laser et le “3D printing for repair” qui utilise l’impression 3D pour la réparation d’objets cassés. Je commencerai par présenter mon expérience avec la découpe laser et je présenterai ensuite ce que j’ai fait au RepairCafé pour le “3DP4R”.

Préparatifs et logiciels utilisés#

Avant de pouvoir utiliser la découpeuse laser pour découper des matériaux pour construire un objet, il faut savoir un certain nombre de choses. Premièrement, la découpeuse laser ne peut etre utilisée que pour découper certains matériaux. En effet, certains matériaux produisent de fortes fumées ou des substances nocives au contact du laser. Il est donc primordial de savoir quels matériaux vous pouvez utiliser. Pour ce faire, je vous renvoie vers le guide mis à disposition ici. Il faut également savoir que chaque découpeuse laser et différente et est notamment caractérisée par une surface de découpe, une hauteur maximum d’objet, une puissance, un type de laser et un logiciel associé. Selon la découpeuse laser que vous utiliserez, vous devrez suivre des instructions légèrement différentes d’une machine à l’autre, veillez donc bien à lire le guide avant de manipuler les découpeuses laser. Personnellement, j’ai utilisé l’Epilog Fusion Pro 32. Cette découpeuse est probablement la plus facile d’utilisation et la plus automatisée.

Pour utiliser la découpeuse laser, vous devrez d’abord designer des fichiers 2D avec un logiciel de conception. Il vous sera recommandé d’utiliser le logiciel InkScape car il est simple d’utilisation, OpenSource et permet de produire des fichiers vectoriels de type “.SVG” reconnus par les logiciels de toutes les découpeuses laser. Pour ma part, j’ai principalement utilisé OpenScad parce que je me suis habitué à cet outil et qu’il permet également de concevoir des pièces en 2D. Cependant, j’ai utilisé InkScape pour faire des tests de découpe avant de découper mon kit.

Déterminations des paramètres pour la découpe#

Pour connaitre quels paramètres sont adaptés à la découpe de notre matériau, nous avons réalisé des tests sur un échantillon d’acrylique. Nous avons d’abord réalisé un échantillon qui consiste simplement en un carré comprenant 9 plus petits carrés. Nous avons donné une couleur différente à chacun de ces carrés. L’idée est de faire varier la puissance et la vitesse du laser et observer le résultat de la découpe obtenue pour chacun des échantillons afin de déterminer quels paramètres mènent à une découpe convenable. Nous avons réalisé le dessin de cet échantillon sur Inkscape. De simples tutoriels vous permettront de facilement prendre en main InkScape et reproduire le meme résultat.

Une fois l’échantillon dessiné sur Inkscape nous l’envoyons au laser pour le découpage. Pour ce faire, rien de plus simple. Il suffit de cliquer dans l’onglet imprimer d’Inkscape. Le logiciel de la découpeuse laser s’ouvre alors. Dans la fenêtre qui s’ouvre, vous pouvez positionner votre échantillon par rapport à la surface de découpe de la découpeuse. Il est important que vous placiez votre échantillon dans la meme zone que celle où vous avez placé votre matériau dans la découpeuse laser, car ce placement détermine où la découpeuse laser va découper. Vous pouvez associer à chaque couleur des paramètres d’impression différents. Nous avons choisi de tester tous les couples de valeurs 30, 60 et 100% pour la puissance et la vitesse de découpe.

Une fois les paramètres déterminés, vous pouvez confirmer et envoyer les données à la découpeuse laser. Avant de lancer l’impression, assurez-vous que le capot de la découpeuse soit bien fermé et que votre matériau est bien positionné dans la meme zone sur laquelle vous avez prévu la découpe. Vous pouvez lancer la découpe grâce à l’interface tactile de la découpeuse laser. Nous observons que le meilleur résultat pour l’acrylique s’obtient quand on utilise une puissance élevée et une vitesse faible. Il est à noter qu’il faudrait toujours fixer la fréquence de découpe du laser au maximum pour une découpe très précise. Dans notre cas, nous n’avions pas fixé ce paramètre au maximum, d’où l’imprécision de découpe visible.

Nous avons également déterminé le diamètre du laser afin de pouvoir le prendre un compte lors de la découpe de pièces destinées à s’emboiter. En effet, ce type de pièces nécessite d’avoir assez de jeu pour pouvoir s’emboiter, mais pas trop pour éviter qu’elles se détachent les unes des autres. Pour s’assurer d’obtenir avec précision le jeu désiré, il faut prendre en compte le diamètre du laser durant la découpe des pièces.

Pour déterminer le diamètre du laser, nous avons réalisé sur InkScape un échantillon qui consiste en un rectangle découpé en 10 plus petits rectangles adjacents. L’idée est que le laser passera par les lignes qui séparent chacun des petits rectangles pendant la découpe ce qui créera un espacement entre eux. Pour chacune de ses coupes, le laser introduira un espace équivalent à son diamètre entre 2 rectangles adjacents. En mettant côte à côte les rectangles obtenus et en mesurant l’espacement entre l’extrémité du cadre et l’extrémité du dernier rectangle (l’espacement total introduit par le laser) puis en divisant cet espacement par le nombre de coupes, nous obtenons le diamètre du laser.

Design des fichiers en 2D#

Maintenant que nous connaissons mieux la découpeuse laser, il est temps de designer le kit à découper. Mon choix s’est porté sur un petit cube en bois avec des entures crénelées. Je me suis fortement inspiré de ce site pour réaliser ma boite. Pour la réaliser, j’ai commencé par modéliser 6 carrés de taille identiques sur OpenScad. J’ai ensuite rajouté les dentures crénelées de chaque côté des carrés. Il s’agit simplement de petits rectangles espacés d’un vide de meme taille que le rectangle. Pour former la boite, 3 types de carrés différents sont nécessaires : ceux pour les faces du haut et du bas et 2 types de carrés différents pour chaque paire de faces non adjacentes. J’ai donc réalisé 3 modules dans le code pour pouvoir réutiliser plusieurs fois chacun des types de face sans devoir dupliquer le code correspondant. Globalement il s’agit juste de choisir une taille pour les carrés, les dimensions des crénelures dentées (rectangles) et la distance laissée avant le premier rectangle. Une fois ces paramètres choisis vous pouvez disposer sur un des carrés les rectangles nécessaires horizontalement et verticalement sur chacune des arretes et faire de meme avec chaque type de carré en veillant à placer des trous où se trouvent les dents du carré qui doit s’y emboiter de part et d’autre.

Une fois les carrés réalisés, il suffit de les disposer les uns près des autres et de calculer le rendu correspondant au code. Après avoir calculé le rendu, vous pouvez exporter le fichier au format SVG et l’ouvrir sur InkScape pour l’ “imprimer”. Il suffit alors d’envoyer les données à la découpeuse laser, utiliser les paramètres de vitesse et de puissance adéquats pour le matériau que vous allez utiliser et de lancer la découpe. Si meme avec la puissance maximale, le laser n’a pas tout à fait réussi à passer au travers du matériau, vous pouvez songer à relancer une découpe si vous n’avez pas déplacé le matériau entre-temps. Une seconde passe aidera probablement à passer au travers de la pièce cependant il faut garder en tete que si une seconde passe est effectuée, les endroits du matériau qui auront subi la coupe risquent de bruler, et ce, d’autant plus que la puissance du laser est élevée et sa vitesse est faible. Personnellement, j’ai effectué 2 passes avec une puissance de 100% et une vitesse de 30% pour découper les pièces de mon kit, ce qui explique pourquoi le bois que j’ai utilisé est brulé aux points de découpe.

Une fois les 6 carrés découpés, il ne reste plus qu’à les assembler à la manière d’un puzzle. Notez que vous pouvez associer les faces du cube de plusieurs façons différentes et interchanger des faces entre elles. Bon amusement!

4. 3DP4R - 3D Printing For Repair#

L’objectif de ce module est d’apprendre à utiliser l’impression 3D pour la réparation d’objets. Dans cette optique, nous nous sommes d’abord familiarisés avec des composants électroniques très utilisés et dont le dysfonctionnement engendre régulièrement des pannes dans des objets électroniques (résistance, led, pile, condensateur, potentiomètre, diode) ainsi qu’aux outils permettant de détecter des pannes dans ces composants (multimètre et ses différentes fonctionnalités). Nous avons ensuite analysé une boite contenant un circuit électrique présentant une panne. L’idée était d’analyser chaque composant du circuit pour déterminer la provenance de la panne et ensuite remplacer le composant défectueux par un composant fonctionnel. Ceci nous a permis de nous familiariser avec l’analyse des pièces défectueuses des objets en vue de leur réparation.

La boite que j’ai reçue était composée d’une led et d’un interrupteur situés sur l’extérieur de la boite. Ces éléments étaient reliés par des cables électriques à un élément à l’intérieur de la boite. En ouvrant la boite, on pouvait voir que les éléments extérieurs étaient reliés à une pile. En utilisant le multimètre pour essayer de détecter la provenance de la panne, je me suis rendu compte qu’aucun courant ne circulait entre les deux bornes de la pile. J’ai donc changé la pile par une pile neuve et le courant s’est remis à circuler à travers le circuit. J’ai testé le fonctionnement de la led en utilisant l’interrupteur et cette dernière s’allumait désormais. Finalement j’ai rouvert la boite et replacé la pile défectueuse pour que le groupe suivant puisse faire le meme exercice d’analyse de panne, ensuite je l’ai refermée pour la remettre dans son état initial.

Réparation d’un objet cassé#

Dans un second temps, nous avons choisi un objet présentant une partie en plastique cassée. L’idée étant de réparer l’objet en reproduisant la partie cassée avec l’impression 3D, il faut que la pièce cassée soit en plastique, car l’imprimante 3D utilise du filament de plastique. Mon choix s’est porté sur la réparation du cache de la batterie de ma nintendo DS.

Le cache de ma console était cassé en deux donc je n’ai pas pu l’apporter. Cependant, j’ai apporté le cache d’une autre console similaire qui m’a servi de modèle. Le cache est une pièce rectangulaire avec une bordure plus étroite sur la partie du bas que sur la partie du haut. La pièce présente un trou central en bas et deux dents sur le haut pour s’insérer dans la console.

L’autre côté de la pièce est creusée pour pouvoir accueillir la batterie et présente une bordure discontinue pour s’assembler au mieux avec la console.

Puisque je dispose d’un modèle pour ma pièce cassée, je peux la concevoir en 3D avec OpenScad pour l’imprimer en 3D. Pour concevoir ma pièce avec OpenScad, la logique était très simple. J’ai d’abord commencé par produire un parallélépipède rectangle plein pour ensuite y creuser différentes parties : le côté étroit de la pièce, le creux qui accueille la batterie et le trou central accueillant la vis. J’ai ensuite reconstruit les bordures effacées par le creusage de la pièce avec des petits parallélépipèdes et placé les dents sur le haut de la pièce.

Vous trouverez ici le lien vers mon fichier de conception.

//File : DS.scad

//Author : Mohamed Ouamar

//Date : 23 November 2023

//License : Creative Commons CC0 1.0 Universal [CC0 1.0](https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)



difference(){
cube(size = [36.55,54.85,2.66], center = false);    
translate(v = [0, 0, 0]) {cube(size = [2.21,20.96,2.66], center = false);}  
translate(v = [0.8, 0.8, 0]){cube(size = [34.9,53.3,2.5], center = false);   }
translate(v = [15.10+1.4, 0.45+1.4, 0]){cylinder($fn = 100, h = 2.66, r = 1.4, center = false);}
}

translate(v = [2.21, 0, 0]) {cube(size = [0.8,20.96,2.66], center = false);}  
translate(v = [0, 20.96, 0]) {cube(size = [3.01,0.8,2.66], center = false);}  
translate(v = [5.16, 54.85, 0]){cube(size = [5.85,2.36,1], center = false);}
translate(v = [26.16, 54.85, 0]){cube(size = [4.32,1.88,1], center = false);}

Le résultat obtenu sur OpenScad est présenté ci-dessous avec des vues sur les deux faces principales de la pièce. Il est à noter que par simplicité, je n’ai pas conçu mon code de façon paramétrique cependant je vous conseille fortement de le faire pour pouvoir rapidement adapter votre code si une dimension s’avère un peu trop petite ou trop grande à l’impression. Ceci ne devrait pas vous prendre longtemps vu la taille du code.

Une fois la conception sur OpenScad terminée, j’ai calculé le rendu et généré le fichier STL correspondant à mon code. J’ai ensuite ouvert ce fichier sur le slicer associée à l’imprimante 3D Prusa afin d’en générer le G-code. Ayant au préalable activé la génération automatique des supports, le programme a prévu des supports pour garantir la stabilité de ma pièce durant l’impression 3D. Ma pièce étant relativement petite et creuse, elle devrait avoir un court temps d’impression, ce qui a effectivement été confirmé par le programme. J’ai alors généré le g-code de la pièce pour l’imprimante 3D et mis le fichier dans une carte SD.

J’ai ensuite introduit la carte SD dans l’imprimante 3D, navigué sur l’interface de l’imprimante et sélectionné mon fichier. J’ai lancé l’impression avec le bouton central de l’imprimante. Après le calibrage habituel de la buse et la préchauffe de la plaque d’impression, ma pièce a commencé à s’imprimer. Comme prévu, quelques minutes plus tard l’impression de ma pièce s’est achevé. Le résultat obtenu est montré ci-dessous.

J’ai ensuite décollé la pièce du plateau d’impression, enlevé les supports et inspecté ma pièce sous tous les angles. J’ai alors testé la solidité de la pièce et l’ai essayée en l’introduisant dans la console. Je me suis ainsi aperçu que la pièce rentrait bien dans l’emplacement prévu, mais que j’avais mal centré le trou dans lequel la vis doit passer. Si vous voulez reproduire la meme pièce, pensez donc à bien recentrer le trou dans la partie inférieure de la pièce. Je me suis également aperçu que du fait de mes simplifications de conception (bordures non arrondies et continues) la pièce n’épousait pas la console aussi bien que l’originale.

Malgré ces simplifications et erreurs de conception, le résultat final reste satisfaisant pour une première pièce puisqu’on peut tout de meme l’associer à la console sans trop de souci. Il n’est donc peut-etre pas nécessaire d’adapter l’arrondi des bordures (car cela pourrait s’avérer compliqué de déterminer la courbure exacte de l’arrondi) mais il est absolument nécessaire de recentrer le trou circulaire si vous voulez essayer d’utiliser la pièce. Vous pouvez également essayer d’introduire des discontinuités sur la bordure comme sur la pièce originale. Ceci peut se faire facilement en creusant des petits parallélépipèdes sur la bordure de la pièce aux endroits où la pièce initiale présente des creux.