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Cette page a pour but de présenter la manière dont tous les éléments nécessaires pour créer une RepRap s'articulent les uns avec les autres.

Cette étape est facultative, et si vous souhaitez passer immédiatement à la pratique, alors le mieux est d'aller directement consulter le guide incomplet du débutant RepRap et la catégorie concernant les instructions de montage. Par ailleurs, vous pouvez également consulter les liens de la section Modèles ci-dessous.

Structure des composants d'une RepRap

Cela étant dit, pour obtenir une vue plus globale, nous commençons ici par présenter les différents modèles de RepRaps, ainsi que les quatre composants principaux d'une RepRap :

  • La chaîne d'outils logiciel,
  • L'électronique,
  • La structure mécanique,
  • L'extrudeur.


Contents

Modèles

Le nombre d'instructions de montage détaillées et de qualité pour les RepRaps va grandissant. Cliquez sur les noms sous les images pour en savoir plus sur chaque modèle.

Chaine d'outils logiciels

La chaine d'outils logiciels peut être grossièrement découpé en 3 parties :

  1. Logiciels de CAO,
  2. Logiciels de FAO,
  3. Firmware pour l'électronique embarqué.

Outils de CAO

Les logiciels de Conception Assisté par Ordinateur, ou CAO (CAD en anglais), sont utilisés pour dessiner les pièces en 3D. Voir l'article sur Wikipédia : Conception assisté par ordinateur

Logiciels de CAO

Les outils de CAO sont destinés à manipuler facilement des pièces en 3D décrites par un ensemble de paramètres. C'est pour cela que l'on parle parfois de fichiers paramétriques. Les pièces sont généralement représentées par un ensemble de paramètres de géométrie de construction de solides (GCS). Les paramètres GCS permettent de représenter les pièces sous la forme d'un graphe d'opérations booléennes appliquées à des formes primitives telles des cubes, des sphères, des cylindres, etc.

Les applications free/libre/open-source software (FLOSS) appartenant à cette catégorie sont par exemple OpenSCAD ou FreeCAD. Concernant les logiciels propriétaires, il existe notamment SolidWorks ou Autodesk Inventor. Voir une liste plus complète de ces logiciels ici.

En général, dans ces logiciels, la géométrie est stockée sous la forme d'un graphe dont les dimensions peuvent être modifiées de manière chiffrée, permettant de générer les formes géométriques avec la plus grande précision. Les formes géométriques sont des représentations mathématiques dans lesquelles, par exemple, un cercle sera représenté par les paramètres que sont son centre et son rayon. Peu importe le niveau de zoome, le cercle restera un cercle.

Il existe une autre catégorie de programmes de CAO, qui représentent les pièces sous la forme de mailles de polygones. Ces applications sont en général plus utilisées pour les effets spéciaux ou dans les arts. Cette catégorie d'application regroupe notamment Blender ou Art of Illusion pour les applications libres, ou encore Autodesk et SketchUp pour les applications propriétaires.

Par ailleurs, il est également possible de créer des pièces directement sur Internet, en via des sites web tels [tinkercad.com tinkerCAD.com] (approche aisée) ou [3dtin.com 3DTin.com] (plus sophistiqué), qui permettent de télécharger la géométrie générée immédiatement.

Certains des outils mentionnés plus haut utilisent des données paramétriques pour générer les formes géométriques, mais la plupart d'entre eux se contentent d'enregistrer la position des vertex des polygones composant les modèles. Certains utilisent des paramètres pour générer la géométrie, mais oublient ces données une fois la géométrie générée, se contentant de se souvenir des vertex produits. Les courbes sont donc approximées par un ensemble de lignes droites reliant des points. Dans ces conditions, ces outils sont mieux adaptés aux usages pour lesquels la facilité d'utilisation prime sur la précision.

Formats de fichier

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Outils de FAO

Les logiciels de Fabrication Assisté par Ordinateur, ou FAO (CAM en anglais), ont pour but de traduire les fichiers CAO en language machine utilisé par l'électronique des RepRap.

Logiciel de FAO

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Logiciel de découpe en tranche

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Interpréteur de G-code

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Envoyeur de G-code

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Format de fichier

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Firmware

L'électronique d'une RepRap est piloté par un processeur bon marché comme le processeur AVR d'Atmel. Les processeurs Atmel sont ceux qu'utilisent les cartes Arduino. Ces processeurs sont un peu poussifs, même comparé aux vieux PC de 10 ou 15 ans qu'on trouve dans les poubelles maintenant. Peu importe, ce sont des processeurs, donc ils savent faire tourner des programmes basiques. Ce programme basique qu'ils font tourner est le firmware de la RepRap.

De toute la chaîne de programmes qui fait fonctionner une RepRap, la portion qu'est le firmware est la plus proche de la programmation au sens propre. Techniquement, le terme pour ce que vous faites avec le firmware est appelé compilation croisée.

Ce processus se déroule plus ou moins suivant ces étapes :

  1. Installé l'IDE Arduino sur votre PC.
  2. Télécharger des codes sources de firmware d'un site web.
  3. Faites des modifications mineurs au code source pour spécifier quel matériel vous avez.
  4. Compilez le firmware en utilisant l'IDE d'Arduino.
  5. Connectez le contrôleur à votre PC avec un câble USB.
  6. Charger le firmware dans le processeur de votre contrôleur.

G-codes

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Logiciel du firmware

Pour compiler et charger le firmware sur votre électronique à base d'Arduino, il faut utiliser l'IDE Arduino que vous pouvez télécharger sur le site web Arduino.

Fichiers du firmware

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Electronique

Vue générale

En général, tous les électroniques de RepRap sont divisés en 5 différentes parties :

Le contrôleur

Le contrôleur est le cerveau de la RepRap. A peu près tous les contrôleurs de RepRap sont basés sur le micro-contrôleur Arduino. Bien que de nombreuses variations existes, elles sont interchangeable et basiquement font la même chose. Parfois, le contrôleur est un circuit autonome avec des puces dessus, parfois le contrôleur est un Arduino Mega avec une carte ajouté dessus appelé 'shield'. Pour en voir plus sur le sujet, consultez la liste des électroniques.

Moteurs pas à pas

Un moteur pas à pas est un type de moteur électrique qui peut être contrôlé avec précision à l'aide d'un contrôleur. La plus part des RepRaps utilisent 4 à 5 moteurs pas à pas. 3 à 4 moteurs contrôlent les mouvement des axes x/y/z (parfois l'axe z est contrôlé par 2 moteurs) et 1 moteur pour contrôle l'extrudeur.

Contrôleur de moteur pas à pas

Un contrôleur de moteur pas à pas est un circuit qui a le rôle d'interface entre le contrôleur et le moteur pas à pas. Il permet de simplifier le signal envoyé par le contrôleur pour ensuite le convertir en un signal qui donne les ordres de mouvement adapté au moteur.

On peut voir les contrôleurs de moteur pas à pas parfois :

  • sur des cartes séparés qui sont liés au contrôleur par des câbles.
  • sur de petites cartes que l'ont branche directement sur le contrôleur lui-même. Dans ce cas, le contrôleur aura la place pour au moins 4 de ces petites circuits (un pour chaque moteur pas à pas).
  • soudés directement sur la carte du contrôleur lui-même. Cette option ne sera pas à privilégier pour une RepRap à stade expérimental.

Fins de courses

Un fin de course est un circuit très petit et simple avec une sorte d'interrupteur dessus qui signalera à l'imprimante si elle se déplace trop loin dans une direction. Il y en a normalement 6 : 2 sur chaque axe. Une fin de course est connecté par des fils soit :

  • au contrôleur.
  • au contrôleur de moteur pas à pas.

Le plateau d'impression

Le plateau d'impression est sur quoi la RepRap extrude le plastique, où la pièce plastique est construite.

Bien qu'un lit chauffant est considéré comme optionnel sur une RepRap, il devient souvent nécessaire voir partie intégrante d'une RepRap opérationnel sur le long terme. Sans lit chauffant, les pièces ont tendance à refroidir trop vite. Cela a pour effet de déformer les coins (comme le plastique se rétracte en se refroidissant) ou les pièces se détachent trop tôt du plateau d'impression durant l'impression.

Le lit chauffant fonctionne suivant le même principe qu'une grille pain. C'est juste une grande résistance avec un capteur de température. voir également :

Les ventilateurs

... à écrire ...

Plus d'info

Pour plus d'information sur l'électronique des RepRap, consultez la liste des électroniques.

Partie Mécanique

Quand on parle de la partie mécanique, cela peut généralement être séparé en 2 parties :

  1. Entrainement des axes X,Y et Z
  2. Le plateau d'impression

Axes de déplacement X/Y/Z

Quand on fait face à la RepRap :

  • L'axe X est le déplacement de la gauche vers la droite.
  • L'axe Y est le déplacement du fond vers l'avant.
  • L'axe Z est le déplacement du bas vers le haut.

Les mouvements linéaires sont généralement accomplies en utilisant une des 2 méthodes suivant :

  1. Poulies et courroie cranté.
  2. Tige fileté ou vis d'entrainement.

Poulies et courroies sont bons pour les déplacements rapides avec de faibles masses en mouvement. Alors que la vis sans fin est plus destiné aux mouvements lents transmettant de la force. La plupart des RepRap utilisent une combinaison de courroies pour X/Y et des tiges filetés pour Z.

Courroies et Poulies

Quand on parle de précision, le plus important dans votre RepRap est l'ensemble poulie/courroie. L'état actuel de l'art est la courroie GT2, combiné avec une poulie usinée qui correspond parfaitement au diamètre de l'arbre moteur (normalement 5 mm).

Voici plusieurs ensembles poulie/courroie actuellement (mars 2012) les plus utilisés :

T5
Ce sont des courroies métrique asynchrone. Elles ont des dents trapézoîdales avec un jeu volontairement pour réduire l'usure et le bruit. Elles sont appropriées pour les applications uni-directionnels. Elles sont difficiles à trouver en Amérique du Nord. Les poulies peuvent être imprimés. En utilisant une poulie imprimé, vous optiendrez une précision équivalente à un ensemble poulie/courroie MXL avec un mauvais diamètre d'alésage.
T2.5
Comme la T5, ce sont des courroies métrique asynchrone. Elles ont des pas de 2,5 mm (0,098") et les poulies sont imprimables. Avec le même diamètre de poulie, elles ont une meilleur adhérence comparé à la T5 et donneront de meilleurs résultats. Les meilleurs résultats sont avec des poulies métalliques grâce à un profile de denture plus fin.
MXL
Cela signifie "Mini eXtra-Light". Comme la T5 et la T2.5, ce sont aussi des courroies asynchrone mais elles sont communes en Amérique du Nord car elles suivent des dimensions impériales. La distance entre dent est 0,08" (2,032 mm). Vous *devriez* être capable de trouvez des poulies qui ont un alésage de 5 mm mais ça n'est pas facile. La plus part des moteurs pas à pas ont des arbres de sortie de 5 mm de diamètre.
GT2
Ce sont des courroies crantés Gates PowerGrip® GT®2 industriel synchrone. Elles ont de bonne caracteristiques technique et à la différence des courroies MXL et T5, la courroie GT2 a des dents rondes avec peu de jeu. Elles sont difficiles à trouver où que ce soit.

Pour plus de détails, voir choisir l'ensemble poulie/courroie.

Tiges filetés

Presque toutes les RepRap utilisent des tiges filetés pour l'axe Z exclusivement. L'axe Z n'a pas besoin de bouger rapidement parce que il va généralement vers le haut que d'une fraction de millimètre à la fois. Les tiges filetés sont bonnes pour la précision et la force. Les RepRap ne requièrent pas de force mais certaines machines à commande numérique utilisent des tiges filetés pour les 3 axes.

Note sur le jeu

Une chose importante à propos de toutes les solutions de mise en mouvement est le jeu. Le jeu est ce contre coup que vous sentez dans tous les cas, avec une tige fileté ou une poulie/courroie quand vous changez de direction. Ce jeu affecte la précision.

La T5 et la MXL avaient été initialement dessiné pour être des courroies crantés. Les courroies crantés normalement ne tournent que dans une direction. Le jeu n'est donc pas un problème. Parce que la courroie GT2 a été conçu pour travailler dans les 2 directions, elle sera plus précise.

La méthode standard pour compenser le jeu d'une tige fileté est d'utiliser 2 écrous et de les mettre en contrainte à l'aide d'un ressort. Ce genre de montage rend sûr que les écrous sont toujours sur le même appui même quand vous changez de direction, la liaison est ferme.

Le plateau d'impression

Le plateau d'impression est sur quoi la pièce est imprimée. Le plateau d'impression peut être fixe comme sur la première RepRap Darwin, ou peut bouger suivant les axes x/y/z. La plus part des RepRap ont le plateau qui se déplace suivant l'axe Y mais certaines l'auront aussi qui bougera suivant l'axe Z.

Le plateau se compose habituellement de 2 parties : les plateaux supérieure et inférieure.

Plateau supérieur

Le plateau supérieur est monté sur le plateau inférieur sur des ressorts. Les ressorts permettent de mettre le plateau d'impression de niveau grâce à des vis de réglages. Cela peut aussi parfois réduire ou éviter des dégats en cas de collision entre la tête d'impression et le plateau.

Le plateau supérieur peut être chauffant ou non. Cela est courament réalisé avec une carte PCB ou en métal. Si le plateau est chauffé, il y aura souvent dessus un plateau en verre maintenu par des pinces bulldog.

On applique généralement du ruban adhésif sur le plateau d'impression. Cela aide le plastique extrudé à coller sur le plateau d'impression et cela rend également la pièce plus facile à enlever une fois finie. Les 2 rubans adhésif les plus utilisés sont celui de peintre bleu ou le kapton.

Plateau inférieur

Il est parfois appelé le plateau grenouille parce que le plateau de la première Mendel avait la forme d'une grenouille.

Il fourni une base solide sur laquelle le plateau supérieur pourra être fixé. Si le plateau d'impression se déplace suivant un axe, le plateau inférieur sera directement relié au mécanisme qui le permet. Pour l'axe Y, cela signifie souvent la courroie. Et pour l'axe Z, cela signifie souvent des tiges filetées.

Extrudeur

L'extrudeur fait fondre un filament pour le faire passer à travers une buse et le déposer sur le plateau d'impression.

L'extrudeur est composé de 2 parties :

  1. La partie froide (cold end)
  2. La partie chaude (hot end)

Normalement, la "partie froide" est connecté à la partie chaude par un isolant. Cela doit être rigide et suffisamment précis pour transferrer le filament d'un coté à l'autre, tout en évitant la transmission de chaleur. Les matériaux choisis sont habituellement des plastique PEEK avec sur couche de PTFE ou du PTFE avec un support en acier inoxydable ou une combinaison des trois.

Il existe aussi des extrudeurs Bowden qui séparent la partie chaude de la partie froide avec une gaine. Les extrudeurs Bowden sont plus rapides parce que plus léger sur la tête d'impression.

Partie froide (cold end)

Cela peut être un peu perturbant car les gens ont tendance a appeler le partie froide "extrudeur". En faite ce n'est que la moitié de l'extrudeur. La partie froide est le mécanisme qui alimente la partie chaude en matière qui la fera fondre.

Les parties froide (cold ends) populaires sont :

Partie chaude (hot end)

La partie chaude est ce qui fait fondre la matière (couramment PLA ou ABS). En général, la partie chaude est basiquement un tube métallique avec :

  1. Une résistance qui va chauffer suffisamment fort pour faire fondre le plastique (couramment 180°C ou plus)
  2. Une thermistance qui mesure la température du tube métallique

L'électronique gère la température grâce à la thermistance, fait monter ou descendre la température en faisant varier la tension qui traverse la résistance.

Les parties chaude (hot ends) populaires sont :

Filament

Généralement, on utilise 1 ou 2 types de filament : ABS ou PLA. L'ABS sent mauvais et il n'est pas bon d'en respirer les émanations, mais il est solide comme les lego. Le PLA sent comme les gauffres et est biodégradable (supposé, il semble qu'il faille le mettre au milieu d'une pile de composte super chaude pour qu'il y est un début de dégradation).

Notes on PID

Parfois vous allez entendre parler de PID à propos des extrudeurs. Un PID est un algorithme en boucle fermé que les ingénieurs utilisent depuis des années. C'est basiquement une équation pour stabiliser un système qui tendrait à osciller.

Par exemple, quand vous conduisez votre voiture sur la route, vous fonctionnez suivant un principe similaire au PID en ajustant en permanence avec le volant pour que votre voiture suive la route. Si vous le faites petit à petit, la trajectoire est fluide. Mais si vous attendez de toucher les lignes pour corriger, vous allez faire des zig zag sur la route. La trajectoire ne sera pas aussi optimisé.