DIY – Machine à vapeur, double action

Bon, à force de galérer sur les réglages de mon Stirling, j’ai eu besoin de me changer les idées… mais en restant un peu dans la même veine. J’ai toujours aimé les petits moteurs miniatures, et encore plus les moteurs vapeurs.
je possède déjà un petit modèle avec piston simple action (qu’on m’avais offert, pas un diy), mais j’étais nettement plus intrigué par les moteurs double action. J’ai donc décidé d’en réaliser un, et pour vérifier que j’avais tout bien compris, je suis parti direct dans l’idée de concevoir les plans moi-même. Bien sûr, je me suis inspiré de moteurs existants, mais sans en avoir lu aucun plan, celui-là, c’est mon bébé ! Ce qui accessoirement me permet de vous offrir les plans à la fin de l’article.

moteur_vapeur

Malheureusement pour l’article, j’ai assez peu de photos de la construction. En partie car elle s’est étalée sur plusieurs semaines, dans des conditions ne permettant pas toujours de photographier simultanément, mais aussi à cause de soucis avec mon appareil photo. La plupart des pièces ne demandent d’ailleurs pas de précision particulières quand à leur construction, mais nécessitent un peu d’outillage.

Le support a été réalisé en fonderie aluminium, ainsi que le volant d’inertie. A ce sujet, j’ai mis au point un process permettant d’utiliser des pièces d’imprimante 3D en tant que modèle pour le moule en sable qui fonctionne très correctement. Tout d’abord, pour les pièces ayant un plan de joint, le demi plan de joint doit être côté lit chauffant de l’imprimante, et être parfaitement plan (sinon ça ne sera pas parfaitement jointif). S’il y a un très léger défaut, vous pouvez poncer bien à plat, mais si le défaut est trop important (warping), il faut refaire la pièce en trouvant de meilleurs réglages.
Une fois les 2 demi coquilles imprimées, il va falloir faire quelque chose contre les stries dues au procédé fdm, car sinon l’état de surface sera mauvais, si tant est qu’on arrive à sortir la coquille du moule sans tout casser. Pour les lisser, j’utilise de l’appret filler en bombe. 2 couches à quelques dizaines de minutes d’intervalle, en ponçant entre les deux au papier de verre 600. Pour terminer, une couche de peinture en bombe, et on ne croirait pas que la pièce sort d’une imprimante 3D. C’est très pratique, notamment pour réaliser le modèle du support, qui aurait été assez long à faire de manière traditionnelle.

Pièce fonderie

Le volant d’inertie

Sur la suite, pas grand chose à dire, pas mal de tournage, un peu de fraisage… Puis l’assemblage.
tout à d’abord été monté à blanc, histoire de vérifier les ajustements, avant d’être fixé. Les pièces en laiton ont été brasées ensemble (brasure tendre),  les fixations laiton sur alu ont été faites soit par vissage, soit par collage à la super glue. Idem pour les cames sur l’axe, qui ont été fixées à la super glue. C’est pas super « mécano », mais ça fonctionne très bien.

Le résultat final

Le résultat final

Comme je n’ai pas encore fait de chaudière, je l’ai fait fonctionner à l’air comprimée, voici le résultat :

Voilà, et comme promis en début d’article, les plans sont téléchargeables ici

Modification d’un four de fonderie industriel

Il y a déjà quelques temps (bientôt 2 ans, pfiouuu ça passe, ça passe…), j’avais récupéré un four de fonderie industriel. Genre, une belle bête :

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Mes pérégrinations ont fait que je n’ai pas eu la possibilité de m’en occuper avant ça, mais en ce moment, je fais pas mal de fonderie (avec la petite fonderie au gaz), en j’ai besoin de faire des pièces nécessitant plus de matière que ce que je peux faire avec mon demi extincteur. Là, avec son creuset de 20l, je devrais être tranquille 🙂
Comme en ce moment j’ai un peu de temps, et surtout la place pour remettre l’engin en route, j’ai décidé de me pencher sur son cas.
Premier constat (mais je le savais déjà), il est électrique, et le bestiau consomme pas loin de 18kWh, soit 2 fois mon abonnement :/
Vu les tarifs et l’utilisation somme toute occasionnelle, il est inenvisageable de modifier mon abonnement. Je suis donc parti pour le modifier afin de le faire fonctionner au gaz, tout comme la petite fonderie.

Premier démontage de l’engin, histoire de voir comment c’est fichu à l’intérieur. Bon, ça a l’air plus simple que ce que je craignais : Une série de résistances chauffantes, dans une enceinte bien isolée par environ 30cm (!) de différents matériaux isolants. Je compte trois épaisseurs différentes, un ciment réfractaire, une sorte béton cellulaire, et une couche que je pense être de la brique réfractaire (mais qui n’en sera pas, cf plus loin…)

Le creuset viens se poser au fond du four, sur une sorte de plateforme dans le même espèce de béton cellulaire. Il affleure en haut du four, et l’étanchéité se fait avec un joint type joint de cheminée. Le four étant basculant, le bec verseur donne sur une rigole pour guider le flux de métal en fusion. J’ai besoin de laisser s’échapper les gaz brûlés, je ne pourrais donc pas garder l’étanchéité autour du creuset, et perdrais donc la fonction bascule.

Pour la chauffe, je pense conserver le principe de la petite fonderie : un brûleur tangent à l’enceinte de chauffe, de manière à ce que les flammes tournent bien autour du creuset. Ce dernier point va être aidé par les encoches faites dans les « briques réfractaires » pour laisser passer les résistances chauffantes.

Un peu de démontage pas trop compliqué plus loin (enlever les résistances chauffantes), et me voilà avec un soucis « amusant » : Il faut que je fasse un trou d’environ 6cm de diamètre, sur une profondeur de 30cm comprenant, métal, béton et briques….
Après avoir regardé combien me coûterais une carotte (til : un bras !!) de ce type

j’en ai conclu que si je ne voulais pas vendre un rein, il me faudrait trouver une autre solution. Bon, j’exagère un peu, la machine n’est pas si chère, mais il faut acheter le foret qui coûte plus d’une centaine d’euros. Bref, trop cher pour une utilisation vraisemblablement unique.

Je suis donc plutôt parti dans l’idée de me fabriquer mon propre foret, étant donné que le matériau avait l’air assez tendre. J’ai utilisé un tube d’acier que j’avais en stock, et dont le diamètre correspondait exactement à celui dont j’ai besoin.
Avec une disqueuse, je taille des dents dans le tube. C’est loin d’être parfait, mais ça devrais faire le job.

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Là, c'est après usage, mais ça donne une idée

Là, c’est après usage, mais ça donne une idée

Après avoir tracé l’emplacement du trou, j’utilise une scie cloche (normalement pour bois/placo!) pour découper le métal. J’étais loin d’être sûr de réussir, mais avec pas mal d’huile de coupe, ça s’est plutôt bien passé.
J’attaque avec mon foret « maison », et, bien que ça fonctionne, c’est assez lent. En effet, je dois le tourner à la main, en le maintenant appuyé, donc je fais à peu près un tour complet toutes les 3 secondes. A ce rythme là, il va me falloir 2 semaines !
Maintenant que je sait que ça fonctionne, je peux chercher une idée pour motoriser ça. Vu le diamètre, inutile de compter sur la mandrin. En fabriquer un serais compliqué et coûteux. Et là, une idée géniale :

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Fait en cintrant un rond d’acier, ce « bidule » se visse dans le mandrin de la perceuse, et passe dans 2 trous percés de part en part de mon foret

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Et ça marche !! En une dizaine de minute, j’ai déjà fait plus de la moitié du trajet !

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Une carotte extraite avec mon système

Une carotte extraite avec mon système

Arrivé à 5cm environ du bout, je sent que ça commence à forcer. J’insiste, insiste, mais au bout de plusieurs minutes d’acharnement, je n’ai gagné que quelques millimètres. Je retire le foret, pour m’apercevoir que les dents sont totalement polies. Qu’à cela ne tienne, j’en re-meule une série et recommence. Las, même cause, même punition !
En fait, ce que j’avais pris pour de la brique réfractaire s’est avéré être une céramique très résistante. J’ai réussi à en venir à bout avec un perforateur une mèche à béton et un burin. En mode perfo, j’ai réussi à percer des trous d’assez petit diamètre (~10mm), en insistant beaucoup, et avec le burin, j’ai fait sauter les ponts entre les perçages. Bref, les derniers centimètres furent long et fastidieux, mais je suis finalement passé à travers.

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Je n’avais plus ensuite qu’à placer mon brûleur dans le trou et allumer, après avoir placé quelques lingots d’alu.
Première constatation, la combustion se fait entièrement à l’intérieur du four, aucune flamme ne s’échappe, ce qui est bien : pas de pertes de calories (contrairement à la petite fonderie qui a un beau panache de flammes qui sortent).
Seconde constatation, le creuset actuel est un peu trop grand, il va falloir que je le raccourcisse (mais ça a l’air tendre, j’essaierais à la scie égoïne).
Troisième constatation, il faut que je prévoie un couvercle afin de conserver un maximum de chaleur dans le creuset, car vu la surface, il s’en échappe pas mal par là.

Voilà, je n’ai malheureusement pas pu faire de coulée cette fois-ci car je suis tombé en panne de gaz au moment où l’alu devenait pâteux. prochains essais d’ici quelques jours 🙂

Le niveau de précision du pauvre

Voilà, ça y est, mon tour est posé sur sa dalle, je peux enfin l’utiliser. Pour maximiser sa précision, il est vivement recommandé de le mettre de niveau. Pour se faire, point de niveau de maçonnerie, il faut utiliser un niveau de précision, précision de l’ordre de 0,01mm/m.

Sauf que c’est pas complètement donné, surtout pour un équipement qui servira 2 fois dans l’année maximum. En y réfléchissant un peu, il est possible d’obtenir une bonne précision avec un niveau laser. Alors d’accord, un niveau laser, c’est pas non plus donné (pour un correct j’entends), mais au moins ça peut servir pour tous les autres travaux, et c’est facile d’en trouver en prêt chez les copains.

L’idée, c’est de se servir d’un miroir (ou de plusieurs) comme d’amplificateurs d’erreurs. Un petit schéma étant plus parlant qu’un long discours, voici la procédure que j’ai suivi :

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Mesure de précision avec un niveau laser

Il faut partir du principe que le faisceau est parfaitement vertical (normalement vrai pour un niveau de bonne facture, et dans tous les cas, ça se vérifie facilement). Le faisceau sort du niveau avec un angle, de manière à tracer une ligne verticale sur le mur d’en face. Il se reflète sur le miroir qui est posé sur la surface à régler. Si la surface n’est pas parfaitement de niveau, le faisceau réfléchi aura un décalage, et une seconde ligne apparaîtra sur le mur d’en face. Quand les deux lignes superposées sont confondues, c’est que l’on est de niveau… pour une direction. Reste ensuite à faire de même pour l’autre direction, et revérifier que tout n’a pas bougé.

Et niveau précision du coups ? Et bien, le faisceau fait environ 1mm de large, la précision escomptée est donc de 1mm/2h, h étant la distance entre l’origine du faisceau et l’endroit le plus éloigné où vous pouvez voir les 2 faisceaux. Dans mon cas, j’étais à 3m, ce qui me donne une précision de l’ordre de 0,1mm/m. Pas aussi bon qu’un niveau de mécanicien, mais définitivement meilleur qu’un niveau de maçon. Pour améliorer encore la chose, il aurais suffi de mettre un second miroir, pour augmenter « virtuellement » la distance.

Mais j’ai fait ça en pleine journée, et le faisceau devenais difficile à lire à cause de la luminosité. Je m’en contenterais pour le moment !

Merci à Fred pour le coups de main et le laser !

Recyclage de laiton

Ca fait déjà quelques temps que je voulais savoir si ma petite fonderie était capable de fondre quelque chose qui fond à plus haute température que l’aluminium. L’autre matériaux que j’utilise régulièrement, c’est le laiton. En plus, c’est un métal qui coûte assez cher, mais qui est très facile à récupérer en déchetterie ou en ressourcerie.
Ce week-end, j’avais envie de me bricoler une petite pointe à tracer, genre ça https://www.youtube.com/watch?v=o8Bd8G21Vv8
Comme d’habitude, quand on a envie de faire quelque chose, on n’a pas ce qu’il faut sous la main, en l’occurrence, pas de brut de laiton. Et pourquoi pas ne pas essayer de se fondre son propre brut pour l’usiner ensuite, en partant de déchets ?

La matière première

La matière première

J’avais toute une collection d’embouts de plomberie en laiton, que j’avais récupéré à la ressourcerie du coin, et pendant les travaux de ma maison. A la louche, un bon Kilo, largement plus que nécessaire.

Quelques petites modifications de ma fonderie plus tard (jusque là, elle était en mode la-rache, je devais tenir le brûleur à la main), consistant à souder un support pour mon brûleur, j’étais prêt à fondre. D’ailleurs, bonne inspiration de souder ce support, car autant fondre de l’alu ne prend que 5/10 minutes, autant le laiton a mis une bonne grosse demi-heure à fondre !

du beau laiton fondu !

du beau laiton fondu !

 

Le moule aura été assez simple à faire : un tas de sable tassé, j’insère un tube pvc pour creuser, et c’est parti !

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manifestement, j’avais la tremblotte, j’en ai mis partout. Pas grave, je refondrais les résidus la prochaine fois. L’essentiel c’est que mon barreau est bien plein.

Après démoulage

Après démoulage

La pièce n’est pas très belle a voir (je n’ai manifestement pas assez dégazé), mais peut être utilisable quand même, c’est l’usinage qui le dira.

usinage d'un morceau pour voir

usinage d’un morceau pour voir

J’usine une extrémité pour voir ce que ça donne, et c’est plutôt une bonne surprise. Ca se comporte très bien à l’usinage, je ne sent pas de différence avec du brut industriel (contrairement à l’aluminium). Quelques trous, mais ça me laisse espérer de pouvoir rattraper la chose.

C'est parti, on enlève tout !

C’est parti, on enlève tout !

Un peu d’usinage plus loin, je suis plus ou moins contraint de m’arrêter. Mon barreau n’est pas très long, donc pour pouvoir usiner correctement toute la surface, j’ai besoin d’une contre-pointe… Que je n’ai pas encore reçu.

Première face, ça a l'air d'aller

Première face, ça a l’air d’aller

Deuxième face, c'est déjà moins joli

Deuxième face, c’est déjà moins joli

Voilà, mon process n’est pas encore parfait, loin de là, mais ça montre que c’est possible et que le résultat peut être satisfaisant. Le morceau réalisé n’étant pas pour une pièce sollicitée mécaniquement, je pense que je vais le garder tel quel, ça donnera un petit cachet à mon stylet. Il ne me reste plus qu’à attendre ma contre-pointe !

Économiquement parlant, ce n’est pas à proprement parler viable en l’état, car je chauffe au gaz uniquement, ce qui coûte assez cher. (je pense avoir passé bien 3Kg de propane (pas pensé à peser, malheureusement). Mais je suis en train de réfléchir à un brûleur propane/huile qui devrais fortement baisser les coûts, l’huile étant récupérée.

Fonderie aluminium

A défaut de faire dans l’exclusivité, ce petit montage va me permettre de faire quelques coulées en attendant le retrofit de mon gros fours de fonderie. En effet, ce dernier consomme 15Kw d’électricité, et mon abonnement ne le permet pas (et je ne tiens pas à en changer). L’idée sera donc de le baisser à une valeur plus raisonnable, et d’améliorer l’isolation de l’existant. En attendant, comme j’aimerais pouvoir faire quelques pièces, voici le bricolage d’une petite fonderie au gaz (et potentiellement par la suite avec un brûleur à huile.)
La première étape est de récupérer une bouteille de gaz, et de la vider. Il y a plein de tutos sur le net pour ça, voici la méthode que j’ai utilisé :
– ouvrir la bouteille pour vider ce qui reste et veut bien partir. Laisser la bouteille ouverte quelques jours, c’est toujours ça de pris.
– A l’aide d’une clef à molette (si possible de grande taille), dévissez le robinet de la bouteille. Je me suis aidé d’un maillet caoutchouc pour le desserrer au début.
– Avec un entonnoir introduit à l’emplacement du robinet, remplir la bouteille d’eau. Une fois pleine à raz-bord, secouer un peu pour être sûr qu’il ne reste plus de poches de gaz, et vider la bouteille. Elle est maintenant prête à être malmenée.

J’ai ensuite coupé la bouteille en 2, à environ 10cm du haut.

La bouteille coupée

La bouteille coupée

L’idée est d’insérer un tube en acier (~6cm de diamètre) légèrement sur le côté de la bouteille, pas en plein milieu, de manière à créer un vortex à l’intérieur, ce qui réparti mieux la chaleur. J’ai présenté mon tube et tracé le contour au feutre. J’ai ensuite percé une série de trous qui m’aideront à découper le passage du tube. La découpe sera finalisée à la meuleuse.

La bouteille percée

La bouteille percée

En parallèle, je soude quelques barres d’acier à l’intérieur du chapeau de la bouteille, ils permettront de retenir le mortier réfractaire, même avec les dilatations. J’ai également fait une découpe en suivant les lignes de soudures, pour faire sauter le filletage du robinet. Ca permet également d’agrandir la cheminée.

La préparation du chapeau

La préparation du chapeau

J’ai ensuite collé au silicone un morceau de tube PVC (qui par chance était de la bonne dimension, la prochaine fois je mesurerais avant de couper ;)). L’objectif de ce tube est de retenir le mortier dans le chapeau, tout en faisant une cheminée pour l’évacuation. Il sera enlevé, ainsi que tout le silicone restant une fois le mortier pris.

La préparation du chapeau

La préparation du chapeau

Il ne reste plus maintenant qu’à remplir le chapeau de mortier réfractaire.

Remplir à raz-bord de mortier...

Remplir à raz-bord de mortier…

En attendant que ça sèche, je continue le corps de la fonderie. Je met 4cm de vermiculite au fond de la bouteille, et recouvre d’environ 1cm de mortier réfractaire. Il va maintenant falloir s’occuper des parois de la fonderie. J’ai trouvé un morceau de tuyau de poêle qui convenais bien : bien lisse, en le plaçant au centre de la bouteille il laisse environ 6cm d’épaisseur de parois, et suffisamment de place à l’intérieur

Présentation du tuyau dans la bouteille

Présentation du tuyau dans la bouteille

Il faut donc maintenant découper l’emplacement du tube d’acier, mais cette fois-ci, comme l’épaisseur est fine, je vais pouvoir utiliser une cisaille à tôle.

Découpe du tuyau

Découpe du tuyau

présentation du tube acier

présentation du tube acier

Il faut maintenant mettre tout ça en place dans la bouteille, et ajuster au mieux pour que le tube acier soit plus plus tangent au tuyau. Une fois tout bien calé, un peu de silicone pour faire l’étanchéité (il sera enlevé après coulée du mortier).

Mise en position de l'ensemble

Mise en position de l’ensemble

Avant de couler le mortier, je voulais un système me permettant de déplacer facilement la fonderie par la suite. J’ai donc décidé de lui mettre des poignées afin de la soulever facilement. Les poignées seront faites avec 2 porte-bouteilles raccourcis et soudés sur le côté de la bouteille.

Les futures poignées

Les futures poignées

La bouteille avec ses deux oreilles :)

La bouteille avec ses deux oreilles 🙂

Voilà, il ne reste plus qu’à couler le mortier réfractaire

on remplis jusqu'à raz-bord !

on remplis jusqu’à raz-bord !

J’ai ensuite laissé sécher longtemps (une bonne semaine), avant de commencer de légères chauffes (5 min, 10, 15, etc…) de manière à ne pas fendre le mortier.

L'ensemble terminé, après une série de chauffes.

L’ensemble terminé, après une série de chauffes.

Pour le creuset, j’ai commencé par un petit creuset fait à partir d’un extincteur, mais je vais rapidement essayer de m’en faire un en céramique (plus durable)

Le creuset

Le creuset

Pour le brûleur, je suis parti sur un brûleur d’herbes au propane (trouvé à ~30€, méfiez vous, on trouve les même à 90€ !), que j’ai repercé pour améliorer la prise d’air. Ca ne semble d’ailleurs pas tout à fait suffisant, je vais donc ajouter une entrée d’air forcé (décapeur thermique ? ), et je vous ferais des photos de tout ça 🙂