Posts Tagged ‘CNC’

Moteur Stirling, deuxième prototype 3/…

Dimanche, mars 2nd, 2014

Bon, ce mois-ci aura été assez chargé, côté pro. Ca ne m’aura pas empêché d’avancer certains projets, mais un peu moins vite qu’espéré, et surtout peu de temps pour poster ici. Voici donc l’état d’avancement de mon moteur à fin février. Les choses se présentent plutôt bien, mais il reste encore pas mal de travail…

27/01 : 4 heures d’usinages sur centre. Ca a bien avancé aujourd’hui ! J’ai terminé les pinces de serrages pour les cylindres (4 pièces assez complexes finalement), et ai bien avancé les supports d’arbre. Il me reste un montage à faire pour terminer le détourrage, et je pourrais terminer ça. Je met de côté tous les petits usinages (arbres, soudures et autres) pour plus tard car je risque de ne plus avoir accès au centre pendant quelques temps, donc j’optimise !

29/01 : 2h d’usinage sur centre, et Strato. J’ai commencé par réaliser le montage servant de support a mes pièces, de manière à pouvoir les serrer correctement, puis fait le détourrage des supports d’arbres au centre. Tout s’est passé comme sur des roulettes :)

Le support d'arbre sur son montage pour l'usinage

Le support d’arbre sur son montage pour l’usinage

Semaine du 3 au 9/02 : pas beaucoup de temps pour bosser sur ce projet cette semaine. En cause, du retard sur certains projets professionnels qui m’obligent à le passer au second plan. J’ai tout de même réussi à assembler les différents morceaux usinés jusque là, passer commande pour les morceaux manquants, et usiner les deux axes des articulations des bielles.

Les premiers éléments du moteur assemblés

Les premiers éléments du moteur assemblés

La pince permet de donner un ordre d'idée de l'échelle

La pince permet de donner un ordre d’idée de l’échelle

 

semaine du 10 au 29/02 : environ 6h d’usinage. Bon, j’ai un peu déconné sur le relevé des heures passées ces dernières semaines. Un planning très chargé y est pour beaucoup. Bon, vu que j’étais très occupé, je n’y ai pas non plus passé trop d’heures, mais j’ai quand même avancé un peu. J’ai terminé les bielles, assemblage compris. J’ai commencé à travailler le régénérateur : perçage du rond d’inox, et usinage des brides de serrage. J’ai 4 brides à réaliser, plus un montage, j’ai actuellement réalisé les premières faces de deux d’entre elles… Et passé 4 heures d’usinage à essayer de faire le montage, sans succès : les 3 tentatives ont abouties à un foret cassé et coincé dans la matière, rendant le tout inutilisable :(

Une bielle assemblée

Une bielle assemblée

L'articulation de la bielle

L’articulation de la bielle

 

DIY – Mini Fraiseuse de bureau pour PCB

Lundi, octobre 15th, 2012

C’est un projet au long cours que je vous présente ici. Fabien avais besoin d’une petite fraiseuse pour usiner des PCB maison, de mon coté, je me demandais à quel point il était possible de miniaturiser ce type d’outils, et d’en réduire les coûts.
Le declic : Le déclic lui à eu lieu suite à une formation à l’utilisation d’une découpeuse laser. En effet, cette machine permettait d’atteindre une précision remarquable lors de la découpe, ainsi que de faire des angles droits sans les problèmes d’arrondis habituels lors des découpes à la fraiseuse. Là, en voyant ça, ça a fait tilt : c’est comme ça qu’il fallais fabriquer cette fraiseuse ! Pour tout dire, je n’en ai pas dormis de la nuit, commençant déjà à imaginer les plans. D’ailleur, au bout d’un moment, j’ai finit par me relever, histoire d’aller dessiner tout ça et pouvoir enfin me libérer l’esprit (3h du matin quand même ^^)
Le lendemain, je soumet mes plans à Fabien, qui est tout de suite séduit par l’idée :
Construire une micro fraiseuse, entièrement en contreplaqué emboîté, d’une surface inférieure à une feuille A4 de manière à pouvoir tenir facilement sur un bureau, et étant capable d’usiner des circuits au format europe (10x16cm).

Commence alors un gros travail de dessin industriel, à base de logiciel libre (librecad). Le procédé de découpe laser nous autorise à ne dessiner que les découpes, donc simplement en 2d. Après une première version sortie, on se rend rapidement compte que tout ne peut pas être anticipé facilement, et que si l’on continue simplement en 2D, on risque de devoir sortir beaucoup de prototypes avant d’arriver à une version correcte. Nous avons donc utilisé SolidWorks, uniquement pour faire l’assemblage de nos pièces, et ainsi valider les différentes jointures.

L'assemblage virtuel

L’assemblage virtuel

Le premier prototype sorti nous avais enchanté par la qualité de la découpe : C’était beau, c’était pro ! Malheureusement pour nous, le second résultat était déjà nettement moins réjouissant. En fait, sous la dénomination « contreplaqué » une grosse quantité de variantes, dans les plaquages, les colles, et les remplissages. Et en achetant le meme bois, chez le même fournisseur, nous avons eu la malchance de tomber sur deux séries différentes, avec un rendu complètement différent. Là où la première se découpait bien, avec des bords nets, la secondes brûlait, et nos assemblages se transformaient en petits tas de charbons. A force de recherches, on a fini par comprendre qu’il fallait du contreplaqué « tout okoumé », c’est à dire dont l’âme est également en okoumé, et non pas en peuplier comme c’est souvent le cas.

Le deuxième prototype

Le deuxième prototype, on vois les traces de brûlé.

Concernant la partie mécanique, étant donné qu’elle est destinée au fraisage de pcb, peu d’efforts seront nécessaires, inutile donc de partir sur de gros moteurs. Nous avons donc utilisé des moteurs Nema11, qui offrent un couple largement suffisant pour une taille ridicule.

Le moteur nema11

Le moteur nema11

Les guidages linéaires se font via des douilles à bille glissant sur des stubs acier, l’entraînement est lui réalisé via une vis trapézoïdale.

La vis trapezoidale

La vis trapézoïdale et son écrou

Maintenant qu’on a les différentes pièces découpées, et qu’on a les différentes parties mécaniques, on peut commencer l’assemblage.

L'axe des X

L’axe des X

L'axe des X

L’axe des X

Axe des X vue d'ensemble

Une vue d’ensemble

Reste maintenant à voir ce que ça donne, une fois motorisé.

On remet ça pour l’axe de Y, toujours selon le même procédé, ainsi que l’axe des Z. Comme on est du genre un peu impatient, on a fait un premier essai, avec uniquement l’axe X + Y, et en remplaçant la fraise par un stylo. Autant dire qu’on est plutôt satisfait de ce premier résultat :)

Premier tracé sans l'axe des Z

Premier tracé sans l’axe des Z

Concernant le pilotage de la CNC à proprement parler, on utilise une carte Arduino Uno, sur lequel est installé Grbl (pour l’interprétation du gcode). La partie puissance est confiée à 3 modules pololu A4988, le tout refroidit par un ventilateur de PC (on n’a pas mis de radiateur sur les pololu, et on va en avoir besoin).

La fraiseuse assemblée

Vue d'ensemble avec l'électronique

Vue d’ensemble avec l’électronique

Le fraisage à proprement parler sera confié à un moteur de mini-perceuse pour lequel je disposais des bons accouplements d’arbre, avec un mandrin de serrage. Malheureusement, il était assez ancien, et on sentait au fur et à mesure de nos tests que la fin approchais. Il a finalement finit par rendre l’âme, et nous avons du trouver une autre solution. Nous l’avons remplacé par un moteur du même type, un peu plus petit, malheureusement l’arbre n’était pas au même diamètre. Heureusement, Fabien a réussi à nous bricoler un couplage à partir du système Dremel.

Premier essai de fraisage

Premiers essais de fraisage

Malheureusement pour nous, tout n’est pas allé comme sur des roulettes. Premier problème rencontré, l’Arduino se plante en plein milieu d’usinage (cf la photo du dessus). Quelques recherches plus tard, on trouve la cause (et donc la solution), sur certain déplacements (les 3 axes en même temps), notre alim ne suit plus. On met une alim plus puissance, et ça roule :)
En revanche, un autre problème plus bloquant se profile : les vibrations. En effet, le moteur utilisé n’est pas vraiment prévu pour cet usage, et vibre énormément. Pas sur son support, mais l’axe à l’intérieur de sa cage. Résultat, les premiers traits se passent bien, mais le temps aidant, on se retrouve à usiner un trait de 3mm d’épaisseur avec une fraise de 0.1mm :(
En revanche la structure en bois nous a convaincu : elle est suffisamment rigide pour que l’usinage se passe bien, et en cas de fausse manip (plantage de fraise à cause d’un mauvais zéro par exemple), l’ensemble plie, mais ne casse pas !

Où en est-on aujourd’hui ?
Le problème des vibrations n’est malheureusement toujours pas résolu. On cherche une solution permettant de coupler un axe moteur qui soit fiable, peu coûteuse, et qui limite au maximum les vibrations. De la meme manière, on recherche un type de moteur (un spindle), dont la taille soit adapté à notre fraiseuse, et surtout à un prix raisonnable. On en a en effet trouvé, mais à 500€, ce qui correspond au prix de la fraiseuse complète. Si des fois vous avez des idées, vous êtes les bienvenus ! :)

Edit : toutes les photos et vidéos du projet sont disponible ici

DIY – la fraiseuse se met à jour

Lundi, mai 28th, 2012

Et oui, c’est à la mode en ce moment ;)
Rappelez vous, donc, je m’était acheté une petite fraiseuse cnc afin de pouvoir tirer facilement des pcbs, et pouvoir réaliser diverses petites pièces. J’étais un peu sceptique sur la qualité de la chose vu son prix, mais avais été plutôt agréablement surpris… Ce qui ne l’a pas empêchée de tomber en panne au bout de quelques temps ! En cause : le spindle (moteur de broche) qui était un moteur à charbon, et les charbons ont finis par s’user.  Je les ai changés une première fois, mais face à la vitesse d’usure des nouveaux, je me suis dit qu’il allais falloir trouver autre chose !

La broche d'origine

Le coupable : La broche d'origine

L’idée, vous l’aurez compris, est de passer sur une broche de type brushless. Bien sûr, il est tout à fait possible de trouver dans le commerce des ensembles de spindle brushless tout fait… Mais qui coûtent le prix d’une fraiseuse neuve, voir plus cher !
Compte tenu des matériaux que j’usine, et vu que la puissance du précédent spindle m’était suffisante (300w), je suis partis sur un moteur de puissance équivalente en brushless, chose qu’il est assez facile de trouver dans le modélisme, pour des tarifs très modestes. (On trouve même des moteurs de puissance monstrueuse pour des coûts ridicules). Idéalement, j’aurais même voulu prendre un peu plus gros, mais…. La première grosse difficulté est vite rencontrée : comment alimenter tout ça ?
En effet, les moteurs de modélismes sont prévus pour être alimentés  par des batteries type LiPo largement capables de débiter des dizaines d’ampères, pour une tension d’environ 12v. les moteurs ne sont donc pas vraiment prévus pour fonctionner à des tensions trop importante (souvent 24v, rarement beaucoup plus). Pour une utilisation de longue durée, il faut donc trouver une alimentation capable de fournir la puissance nécessaire pendant toute la durée de fonctionnement. Et là, on se rend compte que ça coûte vite un bras aussi !
En gros, jusqu’à 300w, ça reste raisonnable, mais au delà, aïe aïe aïe…

Alimentation à découpage 300W

Alimentation à découpage 300W

Du coups, forcément ça limite le choix des moteurs. Je suis donc resté sur mon idée de départ, à savoir un moteur brushless de 300W 15000trs/min , son controleur qui va bien, et une alimentation à découpage 12v 300W de chez Vellman qui m’aura coûté moins de 50€. Au final, la facture s’elève à moins de 150€, ce qui reste très raisonnable.

Reste ensuite à fixer tout ça sur ma fraiseuse. En effet, sur le spindle d’origine, l’arbre moteur tourne à l’intérieur de la cage, alors que le moteur brushless est lui à cage tournante, la fixation se fait par dessous. Il faut donc construire une nouvelle pièce de support.

 

La modélisation 3D

La modélisation 3D sous Heekscad

L’idée est de reprendre les trous de fixation d’origine, tout en laissant le moteur à la même hauteur que la broche d’origine. Il faut aussi que la pièce soit assez rigide pour résister aux efforts. J’envisage d’imprimer la pièce en PLA, qui devrait être suffisamment solide pour tenir.

Le support moteur en PLA
Le support moteur en PLA

Las, les premiers essais ne sont pas concluants du tout… (mais alors pas du tout du tout !). En fait le plastique est solide, mais pas assez rigide du tout, et l’ensemble entre en vibration dès que je dépasse un certain nombre de tours/minutes. Résultat, ma gravure fait 2mm de large au lieu de 0,1mm !

Il faut donc trouver quelque chose de plus rigide…. Comme j’ai la possibilité d’utiliser une imprimate Z-corp (imprimante 3D à poudre, type plâtre), je fais une tentative avec ce matériaux. Il y a un léger mieux, mais ce n’est toujours pas ça. La solution viendra finalement de faire usiner la pièce en aluminium  (merci à Alain de Ginova)

 

L'installation finale
L’installation finale

Heureusement, là, plus de vibrations ! Du coups, je me rend compte que la pièce que j’avais designé à l’origine pour du plastique se révèle être carrément « mastoc », et j’aurais pu très largement réduire certaines épaisseurs.

Concernant le contrôle du moteur brushless, je suis partis sur une solution simple pour le moment : un contrôleur de modélisme, qui se pilote comme un servomoteur, piloté par un arduino. 2 boutons poussoirs permettent d’augmenter ou diminuer la vitesse de rotation.
Un des trucs « marrant » du montage, c’est qu’à l’origine, je partait dans l’idée de faire un module d’alimentation pour l’arduino, avant de me rendre compte que l’arduino était auto-alimenté par les câbles venant du contrôleur. Bref, j’avoue que je suis pas vraiment sûr que ce soit prévu pour, mais comme c’est du temporaire ça ira très bien en attendant une version définitive, vu que ça fonctionne comme ça :)

Petit ps à l’attention de ceux qui attentaient un pcb, il me reste quelques tests à réaliser, et je vais pouvoir m’y remettre, désolé pour l’attente.