DeltaFold

From RepRap
Revision as of 06:11, 9 March 2021 by CherHubert (talk | contribs) (Le cahier des charges :)
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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
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  • 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). Les modèles ne manque pas : Darwin, Mendel, Prusa et leurs innombrables variantes (allez voir ici)… Mais moi, celles qui me faisaient rêver, c'était les Deltas style Rostock , Kossel et autre Delta-Pi! 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 l'obtention des premières impressions 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 imprimer 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'en ai beaucoup apris concernant la conception (modélisation 3D), la fabrication (utilisation des slicers) et l'utilisation des imprimantes 3D. Et 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 t'immerger dans l'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 :

    Comme évoqué précédemment, pour réaliser mon cahier des charges je me suis interrogé sur les besoins auxquels mon imprimante devrait répondre, et deux aspects me sont apparus particulièrement intéressants :

    • l'encombrement : Ma première imprimante faisait 1m de haut et 40 centimètres de diamètre ! Pas très pratique pour la ranger lorsque je ne l'utilise pas...
    • la transportabilité : la possibilité d'acheminer relativement facilement un outil de production universel au plus près du besoin. L’impression 3D permet de fabriquer beaucoup de choses et donc de limiter les provisions de matériels de rechange. On remplace le stock de pièces de rechange par l'outil qui permettra de les fabriquer à la demande. Cet aspect est particulièrement intéressant lorsque les sites sont difficilement accessibles. Imaginons par exemple que je me rende pour l'été dans un gite de montagne. Ce dernier n'est accessible qu'à pied. Au lieu de faire le choix entre apporter tout ce qui potentiellement pourrait m'être utile et prendre le risque que quelque chose me fasse défaut, je peut y apporter une imprimante et du filament et j'aurais la possibilité de construire sur place les objets qui répondront a mes besoins. Cette même réflexion peut être transposée à l'échelle des interventions humanitaires dont le stockage et le transport d'un certain nombre de matériels, dont les raccords de canalisations d'eaux dont les normes diffèrent d'un pays à l'autre, pourraient avantageusement être remplacés par de la fabrication additive sur place. On fabrique les pièces adaptées aux besoins et en quantité nécessaire. Pour approfondir cet aspect, vous pouvez consulter cette étude : Shrinking the Supply Chain:Hyperlocal Manufacturing and 3D printing in Humanitarian Response

    Il se trouve que ces deux critères sont totalement complémentaires puisque la transportabilité dépend, entre autres, de l'encombrement. Je tenais donc mon point de départ : une imprimante 3D de campagne. J'ai donc décliné cet objectif en besoins à couvrir et c'est ainsi que j'ai éloboré le cahier des charges suivant :

    • Transportable : Pour être transportable à dos d'homme, le poids de la machine devra idéalement se situer autour de 5Kg (hors consommables) et son encombrement devra être réduit.
    • Hautement maintenable : Facile et rapide 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 : Il ne faut pas perdre une heure à l’installer, la calibrer ou la ranger. La mise en œuvre et le rangement devront êtres intuitifs
    • Sécurisée : Si le modèle est transportable, 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
      • Pincement, coupure : On ne devra pas pouvoir toucher les poulies, les courroies, les ascenseurs et toute pièce en mouvement
      • Choc électrique : Le module d’alimentation et l'électronique devront être inaccessibles.
      • Composés organiques volatiles : Les utilisateurs ne devront pas être exposés aux COV émis lors des impressions
    • Sobre à l'usage : Possibilité de l'alimenter avec des sources électriques de faible puissance (prise allume-cigare d'une voiture ou panneaux solaires)

    Les choix techniques

    Pour répondre aux exigeances du cahier des charges, voici quelques choix importants que j'ai du arrêté :

    • Sobriété : Si l'on veut pouvoir alimenter l'imprimante avec la batterie de la voiture ou des panneaux solaire, il faut limiter sa 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 !.
    • Sécurité : Les COV sont des particules nocives émises lors de l'impression 3D. Ces émissions dépendent du matériau utilisé et de sa température d'extrusion. Le matériau le moins nocif à l'heure actuelle est le PLA. C'est un matériau issu de la transformation d'amidon d'origine végétal, une matière première renouvelable. 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 et n'imprimez jamais dans un pièce à vivre !

    Ces deux considérations aboutissent au même résultat : L'utilisation privilégiée du PLA. En effet, 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.


    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 de la pression exercée par les 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
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  • 2019
    Boitier v4 pour Arduino + RAMPS + LCD : https://www.thingiverse.com/thing:3383359
    ClapExtruder DualDrive : https://www.thingiverse.com/thing:3399418
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  • 2018
    Boitier v3 pour Arduino + RAMPS + LCD : https://www.thingiverse.com/thing:2901904
    ClapExtruder SingleDrive : https://www.thingiverse.com/thing:2823957
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  • 2017
    Chariots : https://www.thingiverse.com/thing:2438667
    Effecteur Magnetic avec sonde plateau intégrée pour HotEnd E3Dv6 : https://www.thingiverse.com/thing:2024371
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  • 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
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  • 2015
    Support bobine vertical : https://www.thingiverse.com/thing:1214657
    Effecteur magnetique pour HotEnd Merlin : https://www.thingiverse.com/thing:1000474
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  • 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)
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  • 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
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  • 2015 - Premier prototype de la DeltaFold

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  • 2014 - ma première imprimante 3D, une fabrication très artisanale

    C'est en 2014 que je commence à m'intéresser aux imprimantes 3D et décide de m'en fabriquer une : https://www.lesimprimantes3d.fr/forum/topic/532-mon-imprimante-delta/
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  • Le 28/10/2014 je réalise ma première impression 3D !

    Qui suis-je

    Je m'appelle Hubert, je suis un curieux qui aime bricoler.

    CherHubert (talk) 18:18, 10 January 2021 (EST)