L’impression 3D et la révolution du DIY

L’impression 3D et la révolution du DIY

Cela fait maintenant quelques années que l’on entend parler d’un nouvel outil capable de créer des objets à partir d’un simple filament de plastique. Il serait révolutionnaire, extrêmement complexe à utiliser et surtout très cher.

Voici en deux phrases comment l’on peut résumer la médiatisation de l’impression 3D : un peu de vérité et beaucoup de fantasme.
C’est pourquoi nous allons aujourd’hui essayer de démystifier cet outil afin que vous puissiez mieux l’appréhender et potentiellement l’utiliser.

  1. Outil mythique ou technique  ?



    Le premier fait que l’on peut exposer est le suivant : non, une imprimante 3D n’est pas quelque chose de nouveau ou encore un objet mythique.



    À l’origine, les imprimantes 3D utilisaient la technologie connue et éprouvée des machines à commande numérique, aussi appelé machine CNC (computer numerical control). Comme pour les centres d’usinage, une imprimante 3D permet de rendre physique le modèle numérique d’une pièce.

  2. Mais alors, pourquoi on en parle autant ?



    La principale différence avec les autres outils CNC est qu’on va venir ajouter de la matière plutôt que d’en retirer !



    Jusqu’à présent, les seules techniques permettant une fabrication additive étaient le frittage et le moulage, deux procédés assez coûteux pour l’industrie et presque inaccessibles pour les particuliers.



    C’est pour cette raison que beaucoup de personnes vont s’intéresser à la conception d’une nouvelle technique de prototypage rapide.
  3. Quelle utilité pour les makers  ?



    Quel que soit votre domaine de prédilection, les imprimantes 3D sont utiles pour plusieurs raisons. Pour vous en convaincre, je vais vous présenter quelques cas concrets :



    Mme Roland cherche à construire un système de suivie pour son télescope. L’électronique est prête mais elle ne sait pas comment monter ses moteurs DC et servomoteurs sur le trépied.Elle va donc modéliser puis imprimer en 3D plusieurs pièces afin de finaliser son système.
    M. David a cassé l’une des biellettes de son modèle RC. Or il se trouve que ce modèle est si rare que les pièces de rechange sont quasi inexistantes et très chères. Il cherche donc des modèles 3D de la pièce sur internet, la trouve et donc l’imprime facilement.
    M. Martin est pâtissier, il souhaite décorer ses créations à l’aide de figurines unique, il peut les designer en ligne puis les imprimer facilement en 3D.
    Vous l’aurez donc compris, les imprimantes 3D permettent de manière très simple, fournir des pièces spécifiques quelles qu’elles soient. C’est un outil multi-usage et c’est pourquoi il se démocratise de plus en plus.
  4. Types et coût d’une imprimante 3D



    Il faut savoir qu’il existe actuellement deux grands types d’imprimante 3D, chaque type ayant son avantage et entraînant des coûts différents.



    Le 1er à être apparu est l’impression stéréolithographie (SLA).



    Ce type d’impression utilise des résines autodurcissantes afin de produire des impressions d’une extrême précision, d’une centaine de microns en moyenne.



    C-dessous, le modèle XYZprinting Nobel 1.0 A
  5. Ce type d’imprimante est principalement utilisé par des entreprises et délaissée par les particuliers.



    Le deuxième type est l’impression par dépôt de matière en fusion (FDM).



    C’est actuellement le type d’imprimante le plus utilisé, de par sa simplicité de conception et son faible coût d’utilisation. Comptez entre 15€ et 30€ en moyenne pour une bobine de filament (ABS-PLA) de 1 KG.



    De plus, les imprimantes de ce type sont de plus en plus accessibles : par exemple la Renkforce RF100 est disponible pour 299€ chez Conrad.fr !



    Je vous conseille donc de partir sur une imprimante de type FDM si vous souhaitez vous lancer dans le monde de l’impression 3D.



    Ci-dessous, le modèle Renkforce RF100
  6. Faut-il savoir faire de la modélisation 3D  ?



    Question qui divise actuellement la communauté car elle met en confrontation les “puristes” et les “opportunistes”



    Avant d’avoir ma première imprimante 3D, j’avais déjà quelques bases sur le logiciel de modélisation 3D SolidWorks, mais pour être franc, je ne m’en suis pas servi tout de suite.

    La raison principale est qu’il existe en ligne de très grosses bibliothèques de modèles 3D, et en cherchant un peu il y a de grandes chances que la pièce que vous cherchiez existe déjà ! Pas besoin de se casser la tête donc.



    Cependant, pour moi comme pour beaucoup d’autres, la suite logique a été de créer mes propres pièces et donc de faire de la modélisation 3D.



    De plus, il existe maintenant des outils gratuits de modélisation assez perfectionnés, alors pourquoi ne pas les essayer ?
  7. Fonctionnement et utilisation



    Cette partie, plus technique, portera sur la composition, le fonctionnement et l’utilisation d’une imprimante 3D.



    Armez-vous de courage et d’attention car cela fait beaucoup d’informations !
  8. Quel matériel  ?



    Nous allons nous servir de la Renkforce RF100 pour ces explications.



    Le choix de ce modèle est motivé par les raisons suivantes :



    - Imprimante cartésienne Plug & Play (pas de montage à faire)
    - Faible coût à l’achat : 299€
    - Bonne qualité d’impression
    - Fabricant européen => respect des normes de sécurité



    J’en profite d’ailleurs pour remercier les équipes de Conrad Community pour m’avoir gracieusement envoyé l’imprimante ainsi que divers produits afin que je puisse faire ce tutoriel sur du matériel de qualité.
  9. Qu’est-ce qu’il y a là dedans  ?

    Comme toute machine CNC, une imprimante 3D fonctionne avec un ensemble de composants classiques permettant à son outil de se déplacer dans un monde en trois dimensions selon les axes X, Y et Z.



    Ces composants sont :



    - Une structure mécanique : c’est sur cette structure que l’on va fixer les actionneurs, outils et capteurs. Il existe de nombreux modèle, mais ils comportent un corps rigide, des axes et roulements ou glissières et souvent des pièces de jonction en plastique (qui peuvent être imprimées en 3D).



    - Des moteurs : souvent des moteurs Pas à Pas qui ont pour objectif de faire se mouvoir l’outil dans son espace en 3D. L’avantage des moteurs PàP est de fournir des déplacements plutôt précis tout en gardant des capteurs relativement simples.

    Principe de fonctionnement :

    http://meteosat.pessac.free.fr/Cd_elect/mot_pas_a_pas/motpas.htm



    - Des capteurs : ils sont là pour donner un certain nombre d’informations à la carte de contrôle, notamment sur la position de l’outil dans l’espace.



    - Un ou des outil(s) : Comme son nom l’indique, l’outil est l’objet qui sera chargé d’effectuer la modélisation physique de la pièce. Nous allons l’expliquer ce dans le prochain paragraphe.



    - Une alimentation : Enfin, l’alimentation est indispensable pour fournir à la machine l’énergie nécessaire à son fonctionnement.



    Cependant, une imprimante 3D dispose de pièces spécifiques qui contrairement à ce que l’on peut penser se trouvent en faible nombre :



    - La tête d’impression : c’est l’outil de l’imprimante 3D, elle est chargée de faire fondre la matière plastique dans le corps de chauffe (petit bloc de métal) et de l’appliquer sur le plateau d’impression grâce à une buse.
    (Bloc doré avec buse en laiton)



    - L’extrudeur : l’extrudeur est un ensemble de pièces mécaniques et électroniques qui permet d’extruder (pousser avec force) le filament vers la tête d’impression. Il est souvent composé d’un moteur PàP, une roue dentée, un roulement à bille et d’un ressort de compression.



    - Le lit d’impression : c’est un plateau, souvent en verre ou en aluminium, sur lequel l’imprimante vient déposer le plastique en fusion. Il existe des plateaux “passifs” et “actifs” (aussi appelés plateaux chauffants)



    - Des thermistances : les thermistances sont un type de capteur dont la résistivité électrique varie en fonction de la température qui lui est appliquée. Ces capteurs permettent de connaître la température du plastique en fusion ainsi que du plateau chauffant s’il existe.
  10. Comment cela fonctionne ?



    Une fois toute la partie mécanique assemblée et l’électronique branchées, votre imprimante 3D n’est toujours pas capable de rendre réel des éléments issus de votre imagination.



    Et pour cause : elle ne vous comprend pas !



    Mais alors que faire  ?
  11. Premièrement, insuffler la vie à votre imprimante.



    Pour cela, il vous faut télécharger sur la carte de contrôle un micro-logiciel, logiciel embarqué et encore firmware en anglais. Il s’agit tout simplement de la partie logique permettant une traduction des instructions que vous enverrez à votre machine en actions physiques.



    Le plus souvent il s’agit du firmware libre, et développé de façon collaborative,



    http://marlinfw.org/
  12. Deuxièmement, les instructions !



    Comme les humains, bon nombre de machines sont capables de communiquer entres elles et avec des humains. Pour cela elles utilisent un langage, ou protocole de communication, permettant l’envoi d’instructions, claires et précises, et ainsi la réalisation d’actions.



    Le protocole utilisé par la majorité des machines CNC est le code G. Il s’agit d’un ensemble d’instructions standardisées décrivant les opérations élémentaires à effectuer par la machine.
    L’implémentation en vigueur pour ce protocole est décrit dans sa quasi-globalité ici :
    http://reprap.org/wiki/G-code/fr
  13. Enfin, traduisez vos pensées



    Contrairement aux machines l’Homme évolue et pense en 3 dimensions, c’est pourquoi il conçoit des outils de modélisation lui permettant de représenter ses idées sous cette forme.



    Or, comme nous l’avons appris plus haut, les imprimantes 3D ne sont pas compatible avec ce type de données, c’est pourquoi il nous faut les traduire dans leur langage.



    Cette phase de traduction est assurée par des outils automatiques qui prennent en entrée un fichier 3D - le plus souvent en “xyz.stl”, voir les explications :

    https://en.wikipedia.org/wiki/STL_(file_format) - et qui convertis le modèle en instructions machine pour avoir en sortie un fichier en “xyz.gcode”.



    De nombreux logicielles existent pour effectuer cette opération, une liste non exhaustive est disponible ici :
    http://reprap.org/wiki/Software#Software_for_dealing_with_STL_files



    Une fois ces 3 problèmes réglés, vous êtes fin prêt pour utiliser votre imprimante 3D !

  14. Comment utiliser son imprimante 3D  ?



    Il existe principalement deux façons d’utiliser une imprimante 3D, l’une étant l’utilisation en mode maître/esclave, l’autre en mode autonome.



    Le Mode autonome
    Mode de fonctionnement est le plus répandu. Il tire parti de la capacité native des cartes de contrôle des imprimantes à lire le contenu d’une carte SD.

    De ce fait, et afin de rendre son utilisation la plus simple possible, les fabricants ont permis l’impression d’objets à partir de fichiers textes en “xyz.gcode” stockés sur une carte SD.



    L’imprimante dispose donc d’un écran LCD ainsi que d’un bouton rotatif et poussoir afin de sélectionner le fichier à imprimer et quelques options basiques.



    Le Mode maître/esclave
    Ce mode consiste à relier l’imprimante 3D à un ordinateur, qui sera chargé d’envoyer par une connexion filaire ou non des instructions basiques (code G) comprises et interprétées par l’imprimante 3D. Ici, la machine est donc esclave de l’ordinateur, le maître.



    Cette utilisation permet une utilisation plus poussée et une réelle supervision de l’imprimante 3D via des outils tels que Repetier, Octoprint, ou encore Cura.
    Cependant, ce type d’utilisation peut impacter légèrement la qualité d’impression de la machine dû au fait que les instructions (code G) transitent du PC maître à la machine esclave. Les explications de ce problème sont en partie expliquées sur ce forum :
    https://3dprinting.stackexchange.com/questions/1505/what-is-the-influence-of-a-lower-baudrate
  15. Derniers conseils avant de vous lancer



    Comme vous allez le remarquer lors de votre première impression 3D, tout ne se passe pas forcément comme prévu : une mauvaise adhésion du plastique au lit d’impression, une tête d’impression qui se bouche, une pièce de mauvaise taille …



    L’impression 3D ne s’apprend réellement que sur le tas. J’ai moi-même expérimenté à mes dépens la méthode essai-erreur :
    https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9thode_essai-erreur
    mais je pense que c’est ce qui fait que la technique d’impression 3D est ce qu’elle est : expérimentale.



    C’est pour cela que si vous vous heurtez à un problème, n’hésitez pas à poser des questions ! Soyez curieux et informez-vous car beaucoup de personnes risquent d’avoir déjà affronté ce problème.



    Enfin, il ne me reste plus qu’à vous souhaiter bon courage et de bonnes heures de créativité !
  16. Bonus :

    Très bonne nouvelle !




    L’imprimante 3D RenkForce RF100 a été ajouté dans la bibliothèque d’imprimante de Cura 2.7, alors il ne vous reste plus qu’à mettre à jour votre logiciel.



    Vous trouverez le profil dans “Ajouter une imprimante > Autre > RenkForce RF100”.



    Pour ceux qui souhaitent passer le cap de l’impression 3D, voici un tutoriel sur l’utilisation de l’imprimante RF100



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