DeltaFold

La DeltaFold est la première imprimante 3D de type Delta PLIABLE !!!.

Elle est la solution pour les makers mobiles et ceux qui cherchent une vraie imprimante 3D de bureau capable de se faire toute petite. Elle a été conçue pour être facile à ranger, à transporter, à mettre en oeuvre et hautement maintenable.

Pliée elle rentre dans un sac de tapis de sol de camping
Avec son poids plume (moins de 6Kg), la DeltaFold vous suit partout
Sa mise en oeuvre ne prends pas plus de deux minutes
La plupart des pièces d’assemblage sont imprimées en 3D, ce qui la rend auto-reproductible.
L'électronique s’appuie sur des solutions OpenSource robustes, largement répandues et dont la modularité garantie un haut degré de maintenabilité.
déployée elle offre un volume d’impression digne des plus grandes.

Dimensions de la DelaFold dans sa v3:

Hauteur hors tout : 730mm
Imprimante ouverte, le chassie fait 373mm de diamètre
Fermée, il ne fait plus que 180mm de diamètre
Volume d'impression : 220mm de diamètre sur une hauteur de 220mm

L'objectif de cette publication est de partager avec vous l'expériance que j'ai acquise en réalisant ce projet. Lorsque j'ai débuté, en 2014, je n'avais aucune connaissance concernant les imprimantes 3D. Je ne savais ni comment elles fonctionnaient, ni de quoi elles étaient constituées. J'ai donc commencé par m'instruire en lisant des posts, des fils de discutions et des articles (notamment ici, sur RepRap.org), et rapidement je me suis lancé dans la fabriquation de ma première imprimante 3D, from scratch, car oui j'ai besoin de faire pour apprendre et rester motivé :) Cette première construction s'est plutot bien passée et le choc émotionnel des premières impression m'a donné envie d'aller plus loin en concevant et fabriquant ma propre imprimante 3D. Puisque j'en avais désormais une (imprimante 3D), je pouvais concevoir et fabriquer (imprimer en 3D) les pièces d'une imprimante auto-reproductible : une RepRap quoi !

Pour me donner des orientations, je me suis demandé quelles caractéristiques intéressantes mon imprimante pourrait avoir que d'autres n'avaient pas déjà. C'est comme ça que j'ai élaboré mon cahier des charges. Ensuite, je me suis posé plein de questions et ai exploré plein de pistes pour y répondre au mieux. Une succession d'idées, de tests, d'impasses, de succès et de satisfaction.

Au final, grace à ce projet j'ai apris plein de choses concernant la conception (modélisation 3D), la fabrication (utilisation des slicers) et l'utilisation des imprimantes 3D. Alors si je l'ai fait, toi aussi ,jeune Padawan, tu peux le faire! Si tu aimes ce qui a trait à la technique, à l'électronique, au bricolage, au DIY quoi (et que tu as un peu de temps aussi, parcqu'on va pas se mentir, si tu accroches tu risques d'oublier de manger et de dormir... pendant un certain temps... enfin, ça je te laisse gérer; ), alors je ne saurais trop t'encourager à te plonger dans cet univers passionant de l'impression 3D. Et si, comme moi, tu éprouves autant (voir plus) de plaisir à construire les machines qu'à les utiliser, alors pourquoi ne pas te lancer dans la confection de ta propre imprimante 3D ?! De type Delta ?! Et pliable ?! Good choice, je vais tout t'expliquer!

Le cahier des charges :

Le cahier des charges que je me suis fixé est le suivant :

Facile à transporter : Le poids de la machine devrait idéalement se situer autour de 5Kg (hors consommables) et son encombrement devra être réduit lorsqu'on la plie pour la ranger ou la transporter.
Hautement maintenable (Facile à réparer, privilégier la possibilité de remplacer temporairement les organes sensibles tels que l'électronique ou la tête d'impression)
Bon marché
Comparable aux modèles de bureau, notamment en terme de volume d'impression
Facile à mettre en œuvre et à utiliser : Ce n’est pas parce que c’est pliable qu’il faut perdre une heure à l’installer, la calibrer ou la ranger. La mise en oeuvre et le rangement devront êtres intuitifs et ne nécessiter le support de la documentation que lors de la première manipulation. Pour remplir ces exigences, le calibrage devra être automatique : nivellement auto
Taillée pour l'aventure : possibilité de l'alimenter avec la prise allume-cigare d'une voiture ou des panneaux solaires (pas encore testé)
Sécurisée : Si le modèle est portable, il pourra vraisemblablement intéresser celles et ceux qui font des démonstrations ou bien portent cet outil de fabrication additive au plus près des usagers. Il y a donc fort à parier qu’il se trouvera au contact d’utilisateurs lambda, la conception devra donc permettre d’éviter les risques les plus probables :
- brûlure : on ne devra pas pouvoir toucher l’extruder ou la pièce en cours d’impression.
- pincement, coupure : On ne devra pas pouvoir toucher les poulies, les courroies, les ascenseurs et toute pièce en mouvement : Un écran souple pourra être déployé sur la périphérie d'imprimante et maintenu par des fixations sur les colonnes. cet écran devrait constituer un élément de rigidité supplémentaire. Cet écran s’enroulera autour de l’imprimante une fois pliée qui se glissera ainsi dans le sac de transport.
- Choc électrique : Le module d’alimentation et de commandes sera installé dans un boitier clos.
- vapeurs toxiques : l’imprimante sera étudiée pour extruder du PLA. C'est un matériau issu de la transformation d'amidon d'origine végétal, une matière première renouvelable. Le PLA est actuellement le matériau le moins nocif pour la santé de ses utilisateur. Attention cependant, une bobine de PLA peut contenir autour de 10% d'additifs dont la nature et donc la nocivité n'est que rarement communiquée par le fabricant. Dans tous les cas, n'oubliez pas d'aérer les pièces ou vous réalisez vos impressions !
Sobre à l'usage : Si l'on veut l'utiliser avec la batterie de la voiture ou des panneaux solaire, il faut limiter a consommation. Un élément déterminant pour la consommation de l’imprimante est la présence ou non d’un lit chauffant. L’alimentation de l’imprimante (moteurs, extrudeur et électronique) nécessite un courant d'environ 5A sous 12V. En ajoutant un lit chauffant, il faudrait délivrer 12A supplémentaires !. Le lit chauffant n’est pas indispensable pour travailler avec du PLA, nous nous en passerons donc. Autre avantage du PLA, sa température d’extrusion se situe en dessous de celle de l’ABS. Là encore, moins de puissance nécessaire pour l’extrusion. On a bien fait de choisir de travailler avec du PLA !

Les choix techniques

Après avoir étudié de nombreuses solutions pour chaque élément, voici les choix que j'ai arrêté :

Colonnes en profilés aluminium 20x20 de type V-Slot : Ces profilés aluminium sont très répandus. Le terme V-Slot fait référence à la forme en V des cotés sur lesquels peuvent se déplacer des roues au profil adapté.
Les chariots qui se déplaceront sur les profilés aluminium seront équipés de trois roues et pourvus d'un système de réglage du serrage des roues contre le profilé alu.
Des courroies de type GT2 assureront le transfert de mouvement entre les moteurs pas à pas et les chariots. D'autres solutions sont possibles : fil de pêche ou vis, mais ces solutions sont plus difficile à mettre en œuvre. L'avantage des couroies GT2 est qu'elles s'insèrent parfaitement dans les raignures des profilés aluminium. Elle deviennent ainsi invisibles, sont protégées des accrocs accidentels et ne présentent pas de danger pour les usagers (pincement de doigts par exemple).
Des moteurs NEMA17 seront utilisés pour gérer les mouvements. J'ai choisi les modèles 17HS16-2004S pour leur rapport poids/couple.
Le feeder, trop lourd pour être installé sur l'effecteur, sera déporté et poussera le filament jusqu'à la HotEnd via un tube. C'est ce qu'on appelle un montage de type bowden
L'électronique sera composée d'une carte arduino MEGA + RAMPS (1.4 ou 1.5 ou 1.6) + Ecran LCD. Il s'agit de matériels OpenHadware largement utilisés, ce qui contribue à la maintenabilité et au faible cout de l'ensemble. Il existe également des cartes mères plus compactes qui intègrent les drivers moteurs, mais lorsqu'un d'entre eux est défectueux, c'est toute la carte qu'il faut changer. Avec une solution Arduino MEGA + carte RAMPS + Drivers moteurs, on ne change que LE composant qui est défectueux. Voici un comparatif des différentes cartes disponibles
Ecran full graphique 128x64 : j'ai choisi un écran LCD graphique 128x64 pour le confort de l'interface, mais un écran de quatre lignes de caractères fonctionne également et consomme moins de ressources CPU, ce qui peut s'avérer intéressant.
Alimentation électrique : J'ai fait le choix d'utiliser une alimentation électrique externe afin de ne pas avoir à intervenir sur des tensions élevées. Je joue donc ici la sécurité. Compte tenu du cahier des charges, une alimentation 12V 5A est suffisante.
Plateau : C'est encore un questionnement, mais un plateau en bois surmonté d'une vitre fonctionne parfaitement. Ce n'est en revanche pas très transportable (surtout le verre). J'ai fait des essais avec des plateaux en plexy, ce n'est pas adapté car lorsque la buse est chaude, si elle rentre en contact avec le plateau, elle y fait un petit trou.
Les bras : Ils font le lien entre les ascenseurs et l'effecteur (la plateforme ou se situe l’extruder). Ces bras doivent être suffisamment rigides et opérer avec le moins de jeu possible pour augmenter la précision de positionnement de l’extruder. J’utiliserais des tiges en fibre de carbone ou en alu terminées par des billes d’acier. Ces billes seront en contacts avec des aimants puissants en forme d’anneaux. Cette solution présente l'intérêt d’être facilement démontable et permets aux éléments de se déconnecter en cas de collision au lieu de casser (si l'extruder descend trop bas par exemple). Elle présente également l’intérêt de ne pas avoir de jeu. L’inconvénient : les aimants doivent être assez puissant pour que l’ensemble ne se détache pas inopinément, mais trop puissants ils augmentent les frottements et induisent des vibrations (constaté sur un modèle)

A qui s'adresse-t'elle ?

Avant tout aux Makers car il faut aimer comprendre, fabriquer, ajuster, calibrer, dépanner pour se lancer la fabrication de cette machine.... Mais le bonheur est bout du chemin :) Disciples du Plug&Play ne vous aventurez pas sur ce terrain, sauf si vous êtes en pénitence ou en rémission, l'expérience pourrait sinon vous être fatale :D
A ceux qui font de la médiation : Sa transportabilité, facilité de mise en œuvre et maintenabilité en font une machine de choix. De plus, comme c'est une Delta, elle permet une observation de l'impression en cours à 360°, ce qui n'est pas toujours le cas avec les machines cartésiennes ou carénée.

Les publications

2021

Évolution de l'ensemble haut (poutrelle + étoile +verrou + spool holder) Cette nouvelle version améliore le blocage de l'étoile et des poutrelles, intègre un roulement plat pour le spool-holder et règle de façon plus simple le problème de désaccouple du spool-holder

2020

Effecteur magnétique en cloche avec sonde de plateau intégrée pour HotEnd E3Dv6 ou XCR-BP6 : https://www.thingiverse.com/thing:3602203

2019: Boitier v4 pour Arduino + RAMPS + LCD : https://www.thingiverse.com/thing:3383359; ClapExtruder DualDrive : https://www.thingiverse.com/thing:3399418

2018

Boitier v3 pour Arduino + RAMPS + LCD : https://www.thingiverse.com/thing:2901904

ClapExtruder SingleDrive : https://www.thingiverse.com/thing:2823957

2017

Chariots : https://www.thingiverse.com/thing:2438667

Effecteur Magnetic avec sonde plateau intégrée pour HotEnd E3Dv6 : https://www.thingiverse.com/thing:2024371

2016

Boitier v2 pour Arduino + RAMPS + LCD : https://www.thingiverse.com/thing:1758859

Bowden extruder v2 : https://www.thingiverse.com/thing:1758838

Boitier v1 pour Arduino + RAMPS + LCD : https://www.thingiverse.com/thing:1633395

Bowden extruder v1 : https://www.thingiverse.com/thing:1574983

2015

Support bobine vertical : https://www.thingiverse.com/thing:1214657

Effecteur magnetique pour HotEnd Merlin : https://www.thingiverse.com/thing:1000474

Les versions successives

2021 - le troisième prototype est en cours de finalisation

Améliorations principales :

Optimisation de la taille des boucliers
Simplification de fabrication des fins de courses de chaque colonne
Nouveau boitier électronique plus spacieux avec prise centronics pour pouvoir changer tout le bloc électronique très rapidement.
Nouveau support de bobines avec roulement plat.
Nouveau système de verrouillage en position déployée qui améliore la rigidité.
Nouvel effecteur en forme de cloche : plus compacte et améliore la précision de l'impression
Evolution du ClapExtruder vers une version à double entrainement
Passage à la version de 2.0 de Marlin Firmware.
Optionel, mais que je recommande avec Marlin 2.x --> Remplacement de la carte Arduino MEGA par une carte Re-ARM (carte 32bits cadencé à 100Mhz)

Seconde version

Evolution du support de bobine avec intégration d'un roulement à bille + système de maintien sur l'étoile haute
Evolution du support du moteur du feeder désormais plaqué sous l'étoile. Cette solution est plus robuste.
Evolution de l'étoile avec ajout de tubes PTFE pour guider les filaments avant l'arrivée au feeder
Evolution du système de croix, désormais réalisé en pexy à la place des cables. Supprime la difficile étape de réglage de tension des cables, mais alonge la mise en oeuvre de l'imprimante
Evolution des ascenseurs : augmentation de la rigidité
Evolution de l'effecteur pour y intégrer une sonde de plateau passive
Ajout d'un guide-cable sous l'étoile basse pour ranger les fils
Evolution du feeder avec le développement du ClapExtruder