Imprimante 3D grand format A3 by Vince007

[vince_007]

Salut à tous,

Avec un collègue, on a décidé de se faire une imprimante 3D grand format plutôt haut de gamme. Quand je dis haut de gamme, c'est à dire qu'on va pas forcément aller chercher le moins cher mais plutôt le meilleur rapport qualité/prix, un peu à l'image de ma CNC.

Pourquoi se faire notre imprimante plutôt que de l'acheter ?
- D'abord, on veut du grand format pour se faire certaine pièce assez grande.
- On cherche une précision élevée et une bonne répétabilité de positionnement des axes (0.05mm)
- La grosse différence de notre version, c'est que l'atmosphère interne sera chauffée vers les 80°c. Je ne m’étalerai pas sur le sujet, c'est pas le but de ce post, mais pour de grande pièce, ya pas le choix. Voir le leader mondiale de l'imprimante pro : Stratasys.
- Le prix ! Une grosse imprimante coûte cher dans le commerce et nécessite des modifications. On part sur un budget de 1000€ par imprimante car on va en faire 2 identique.
- On veut de vrai driver de moteur numérique à DSP, pour la vitesse et le bruit.

J'ai à disposition le matos nécessaire pour fabriquer les pièces (tour, fraiseuse CNC etc...).

Alors une fois le tableau planté, voici les grandes lignes du projet:
- Structure en profilé d'alu de 30mm (Motedis), dimension externe 610 x 510 x 710 environ
- Zone imprimable de 490 x 390 x 280
- Plateau amovible chauffant de 2 formats différents pour accélérer la chauffe
- Tête à double extrudeur dans un premier temps (4 dans le futur), watercoolée car atmosphère chauffée à 80°c.
- Moteur d'extrudeur à l'extérieure type Bowden
- Extrudeur E3D V6
- Glissière façon Ultimaker, c'est à dire des axes rotatif formant les glissières. La croix est en axe acier rectifié diamètre 8mm, les glissières latérales en axe rectifié de 10mm.
- Les coussinets de glissière sont des Igus Iglidur spécifique à notre température ambiante et adapté à une translation + rotation bagues bronze.
- Transmission par courroie GT2 2mm en largeur 6mm
- Vis à bille sur le Z
- Entièrement sur roulement
- Moteur NEMA 17 59Ncm monté à l'extérieure de l'enceinte toujours pour le problème d'atmosphère rechauffée.
- Driver Leadshine DM422C
- Alimentation en 24V peut être 36V pour les moteurs.
- Electronique de contrôle Pibot V2 avec afficheur LCD

L'étude 3D n'est pas finalisée, il reste à finaliser l'axe Z et le support de plateau. Il faudra aussi trouver un moyen de fermer le dessus pour garder la chaleur à l'intérieure.
L'habillage reste à faire, le bas de la machine recevra l'électronique. L'arrière recevra les bobines et moteur d'extrudeur.

Une petite vue 3D de l'état actuel avec le plateau taille moyenne:

On a déjà reçu les profilés pour les 2 machines, ainsi que les axes et bague Igus. J'attaque par l'usinage de la tête pour tester le montage des bagues Igus. Elles doivent être monté dans un alésage H7 pour un ajustement parfait sur l'axe, un beau challenge pour moi.

Voilà, à suivre dans le temps

 

[Momoclic]

Bonjour,
Bravo pour cet ambitieux projet !
Cependant une question me taraude l'esprit :
Compte tenu de la dimension et des vitesses de déplacement sur des parcours importants, il y a un risque de manque d'adhérence entre les couches. Je pense donc que pour cette raison tu envisages de maintenir l'environnement à 80°. Je suppose que pour arriver à cette température il tu faudra un chauffage. Mais à de telles températures la structure va travailler, il va falloir l'isoler et protéger les divers composants ?

 

[vax]

Encore un beau projet à suivre ! Bon courage à vous.

 

[vince_007]

Bonjour,
Bravo pour cet ambitieux projet !
Cependant une question me taraude l'esprit :
Compte tenu de la dimension et des vitesses de déplacement sur des parcours importants, il y a un risque de manque d'adhérence entre les couches. Je pense donc que pour cette raison tu envisages de maintenir l'environnement à 80°. Je suppose que pour arriver à cette température il tu faudra un chauffage. Mais à de telles températures la structure va travailler, il va falloir l'isoler et protéger les divers composants ?

Pour le moment, c'est le plateau qui va chauffer l'atmosphère interne, si ça suffit pas, on ajoutera un chauffage ceramique.

Il n'y a aucun composant dans la zone chaude, toutes l'électronique sera sous la machine, les moteurs sont à l'extérieure de l'enceinte, le radiateur et la pompe aussi.
Il n'y aura que de la mécanique à cette température, on a choisi les bagues Igus pour fonctionner à cette température. La seule inconnue c'est la courroie, on n'a pas de données sur elle.
Il y a des chances que les parois soit en bois pour son pouvoir isolant, peut être en polycarbonate car ça tient jusqu'à plus de 100°c.

90°c est un maximum qu'on a prévu dans l'enceinte, il y a des chances qu'on soit le plus souvent vers les 45-50°c.

Sur les machines Stratasys Fortus, il n'y a pas de lit chauffant ! Uniquement une enceinte régulée, leurs systèmes d'écran thermique au dessus de la tête est complexe à reproduire pour un particulier. Pour avoir eu accès à ces machines et avoir eu des pièces dans les mains, il est clair qu'en technologie FDM, il n'y a pas mieux sur le marché. La déformation est quasi inexistante même sur de grande pièce, c'est étonnant le respect des côtes. Stratasys a breveté sont système d'enceinte régulée, mais un particulier peut le copier pour un usage personnel.

 

[Momoclic]

Bien, donc le moteur de l'extrudeur sera éloigné de la buse. Ceci impose une buse chauffée sur une grande longueur ?

 

[vince_007]

Non pas du tout. Le fil est poussé froid et n'est chauffé qu'au niveau de la buse, méthode Bowden.

 

[vince_007]

Bon ben premier usinage et premier problème !
J'ai usiné la tête d'impression et notamment les alésages qui reçoivent les bagues Igus Iglidur.
J'ai fait un alésage H7 à l'alesoir à main américain, après contrôle il fait 10,005mm donc bien du H7. Je monte les bagues iglidur dans l'alésage à l'étau, je me retrouve avec un alésage de 8,07mm dans la bague ! Mon arbre de 8mm est en tolérance h6, et forcément, il y a du jeu, beaucoup trop de jeu.

Je comprends pas, les bagues igus sont quand même faite pour ça et j'ai respecté les précautions de Igus. L'alésage est dans un bloc d'alu, loin des parois, c'est pas lui qui bouge.

Quelqu'un aurait il de l'expérience avec ces bagues Igus ? Sinon, je repasse au bon vieux coussinet en bronze !

 

[vince_007]

En attendant de recevoir les bagues en bronze à la place des Igus, j'ai terminé l'usinage de la tête. Enfin presque car il reste la gorge à joint torique mais il me faut une fraise de 1mm qu'il me manque.

Ebauche avec test des bagues Igus et des axes rectifiés:

Vue de dessus usinage terminé:

Avec des raccords trop gros, les définitifs seront plus petit:

Vue de dessous, manque la gorge à joint torique:

Montage de l'insert qui retient le tube de transmission du filament:

Avec le tube:

Avec la plaque de fermeture:

La suite quand j'aurais reçu le reste du matériel, dont les roulements.

 

[RacingMat]

beau projet et beau boulot !!

Stratasys a breveté sont système d'enceinte régulée

en précisant que c'est une enceinte régulée avec portique et motorisation à l'extérieur !
https://www.google.com/patents/US6722872

Le portique et les moteurs à l'intérieur posent plus de problèmes techniques.
Malgré cela des concurrents ont pris cette option pour éviter le brevet : http://www.cosineadditive.com/

 

[bendu73]

Bonjour,

Tu as repris la cinématique de l'Ultimaker. Ce que je reproche, c'est l'utilisation de ces axes de guidage/arbre. Le moindre flambage engendre beaucoup d'irrégularité...

Le bowden, est pour moi une très bonne solution dans la théorie, mais en pratique... c'est une vrai galère au niveau du réglage du débit, et de la maintenance.
C'est également très risqué de tenter la réalisation d'une hotend quand on sait que la qualité d'impression est directement lié.

Tes pièces sont très bien réussies! La X2 travail !

 

[vince_007]

Nos arbres sont beaucoup plus gros que l'ultimaker, on est en 8mm sur la croix et 10mm sur les côtés.

Pour le bowden, je sais mais les machines pro sont comme ça, ya forcément moyen de faire bien. On a pas exclu de monter un extrudeur direct sur la tête pour faire du souple.

Et pour la hotend, je ne la fabrique pas, c'est des pièces E3D V6. J'ai juste remplacer le radiateur par le cube watercoolé.

 

[Petros]

C'est également très risqué de tenter la réalisation d'une hotend quand on sait que la qualité d'impression est directement lié.

Un châssis rigide, un guidage fluide et sans jeu ainsi qu'un bon entraînement sont bien plus important qu'une hotend qui brille.
J'ai fabriqué mon extrudeur avec des outils ordinaires ou bricolés et je ne suis pas mécontent du résultat.

 

[vince_007]

J'ai reçu les bagues bronze et tout va beaucoup mieux, ça glisse sans jeux, c'est le bonheur. Je comprends pas, doit avoir un problème sur les bagues Igus pour avoir autant de jeu une fois montée.
Bref, ça c'est fait, on va pouvoir passer à la suite avec l'usinage des portes roulements puis des patins latéraux.

 

[vince_007]

Un peu d'avancement ce week end, j'ai débité les ébauches pour les éléments suivants:
- les 16 support de roulement (8 par machine) dans du 2017A de 40x50
- les 8 patins des axes X et Y (4 par machine) dans du 2017A de 40x50

Ensuite, mise à la côte au tour des 16 supports de roulement avec surfaçage des 2 côtés issus du sciage.
Usinage de 8 supports roulements avec ajustement H7 du logement de roulement directement en sortie de la CN.
Pour ça, je lance l'usinage du premier support sans correction, donc côte théorique à 26mm dans la CAO. En fin d'usinage, je contrôle la côte de l'alésage puis je corrige dans la FAO par pas de 0.01mm. Souhaitant un bon serrage du roulement, j'ai laissé l'alésage à pil 26.00mm pour ça, j'ai juste compensé de 0.02mm en plus pour l'obtenir.
L'alésage est réalisé par contournage CN avec une fraise de 12mm à 3 dents.
Les autres usinages sont classiques, le bonheur avec le changeur d'outil. La machine bosse toute seule et pendant ce temps, je fais les finitions sur les pièces déjà sorties.

Côté matériel:
- J'ai reçu les supports des barres du Z. C'est des chinoiseries mais les côtes sont bonnes à premières vues. Je contrôlerais ça un peu mieux plus tard et au pire, je les retouches à la CN.
- Une première commande de visserie est également arrivée.
- Les poulies et les courroies sont commandées, en attente de réception
- Les moteurs, variateurs et alimentations sont également commandés, ça doit arriver cette semaine.
- La carte de contrôle PiBOT est également commandée, en attente.

Quelques photos:

La tête avec les nouvelles bague en bronze:

Les ébauches en cours d'usinage:

un support de roulement en sortie de CN:

Un porte roulement équipé de son roulement:

Les 8 premiers terminés, reste quelques ébavurages à faire:

Il reste encore du taf, notamment encore 8 supports de roulements, les ébauches sont justes au dessus et sur la droite les ébauches pour les 4 patins X et Y. A gauche une ébauche pour la seconde tête:

L'état de la machine après quelques pièces et après avoir déjà été nettoyé une fois:

J'ai quelques vidéos en cours de digestion sur Youtube.

 

[MARECHE]

Bonjour,
Tes bagues igus sont des haute température, il faut les tester à haute température. (et pas à froid) Tu peux aussi penser à la solution de chauffage de l'enceinte par sèche cheveux: un petit ventilateur brasse l'air, une sonde renseigne un régulateur de température (chinois à 20 roros) il commande le sèche cheveux par un relais et celui ci envoie des bouffées de chaleur quand c'est nécessaire. On régule largement en dessous du demi degré.
Salutations

 

[vince_007]

Petite vidéo de l'usinage :

 

[vince_007]

Salut,

Aujourd'hui, grosse cession de boulot sur l'imprimante avec l'aide de mon collègue, au menu:
- Usinage des 4 patins de la croix (chaud de percer un diamètre de 11.6mm sur 40mm de profondeur avec ma petite X3 qui n'a plus de boite de vitesse)
- Usinage d'un tendeur de courroie prototype avant série de 16 pièces.
- Assemblage de la structure
- Montage à blanc des axes X et Y pour les premiers tests de mouvement
- Banc d'essai sur table de l'électronique (Pibot, + variateur + moteur).

Que des bonnes nouvelles, une fois les courroies montées, ça coulisse nickel, sans jeu. C'est encore un peu dur mais c'est monté à blanc sans ajustement, les courroies ne sont pas tendues etc...
Côté électronique, tout semble aller bien, la carte Pibot a été flashée avec RepetierHost.

Quelques photos:

Les 4 patins des axes X et Y:

Vue de la structure et des axes X et Y:

Vues de détails:

Le tendeur de courroie proto, manque des perçages sur les 2 oreilles:

Le tendeur se monte sur le patin, la même pièce va de l'autre côté et on obtient 20mm de réglage. Ça permet aussi de régler la parallélisme, un peu plus finement qu'avec les poulies:

 

[boby67]

Bonsoir Vince007,

Absolument magnifique , beau projet , belle réalisation , atelier de rêve , excellentes photos, je vais suivre ce post avec plaisir.

Salutations cordiales

 

[vince_007]

Un peu d'avanacement, j'ai terminé les 8 tendeurs du courroies, je les ai passé au microbillage pour ébavurer car c'est petit comme pièce.

- Les 8 tendeurs terminés:

- Une fois en place sur le patin:

Les 8 en places sur la machine:

Reste à usiner 2 supports moteur pour pouvoir la faire bouger et faire les réglages définitifs au comparateur.

 

[Marc PELTIER]

C'est très joliment réalisé, et à ce titre, on a envie d'encourager.

Néanmoins, je crains une instabilité de position en Z, et du ringing en XY. Le mécanisme Ultimaker est brillant à petite échelle, mais il s'agrandit très mal, car les flexions et vibrations des arbres augmentent exponentiellement avec leur portée libre, et l'augmentation de leur section ne peut pas compenser, à cause du poids induit. Ultimaker lui-même s'y est cassé les dents. A mon avis, il faudrait utiliser des tubes rectifiés, ou des tubes rectifiés en carbone, avec glissières en polymère, pour garder un rapport poids/inertie aussi favorable que possible. Ou bien passer à la formule CoreXY, mieux adaptée aux grandes tailles.

On ne soulignera jamais assez la question de la taille, en impression 3D : on peut faire une très bonne machine petite machine, très économique, avec 10x10x10 cm de volume imprimable. Mais la recette ne fonctionnera plus du tout en 30x30x30cm, et de toutes façons, il faudra multiplier le prix de la mécanique par vingt, ou plus, pour une qualité d'impression tout juste identique, ou moindre.

Ça n'est pas très agréable de critiquer un travail aussi avancé : je souhaite me tromper. De toutes façons, au point où vous en êtes, vous saurez très bientôt à quoi vous en tenir. Mais le comparateur ne permettra pas de détecter les défauts que je prévois. En impression 3D, c'est le dynamique qui prime...

Bon courage, et bravo quand même !

 

[vince_007]

CoreXY, c'est ce que fait Stratasys, on verra ce que ça donnera. On peut toujours y passer plus tard.
Quand au ringing du X et Y, je ne sais pas de quoi tu parles, ton terme anglo-saxon se traduit par sonnerie ? Tu veux parler de vibrations ?

 

[Marc PELTIER]

Ringing est le terme utilisé pour caractériser les oscillations occasionnées par les différentes inerties et élasticités de la machine, à chaque changement du vecteur vitesse, et donc principalement lors des changements de direction. Ce défaut se manifeste par des bandes verticales parallèles aux arêtes des objets, en aval de celles-ci dans la direction du mouvement. Un ringing sévère peut affecter l'aspect des objets imprimés, leur précision dimensionnelle, et donc éventuellement leur fonctionnalité.

Aucune imprimante n'est totalement épargnée, car il n'existe pas de mécanisme infiniment rigide et sans masse.

On peut toujours supprimer le ringing, en allant très doucement avec des accélérations très faibles, mais en général, on souhaite l'inverse, parce que l'impression 3D FDM est déjà péniblement lente. C'est pourquoi la maîtrise optimale du ringing est, à mon avis, un critère majeur de qualité d'une imprimante.

Une imprimante 3D doit être considérée, à la conception, comme un oscillographe 3D : toute oscillation, d'où qu'elle vienne, sera inscrite dans la matière imprimée, d'une façon que l'oeil détecte très bien, hélas.

Pour lutter contre le ringing, la recette est simple : toutes les parties mobiles doivent être aussi légères que possible, et tous les organes effecteurs, guidages et moteurs, doivent être aussi rigides que possible. On peut aussi installer des amortissements judicieux, et traquer les fréquences de résonance.

 

[vince_007]

Ok, la théorie c'est bien mais je préfère la pratique. On verra ce que ça donne lors des premiers essais. De toute façon vue l'avancement, ya plus trop le choix.

 

[Marc PELTIER]

Une illustration de mécanisme Ultimaker agrandi, en tiges carbone, avec cage et glissières ultralégères. Ça dépote!

 

[vince_007]

Heu oui ça dépote mais jamais tu imprimera à cette vitesse, ya un moment faut laisser le plastique chauffer et refroidir. Autre problème, il faut des servomoteur pour faire ça, aucune envie d'investir des servos pour une imprimante.
Puis mon bloque central est quand même assez léger, il n'y aura pas le moteur pas à pas, ni l'extrudeur, c'est ce qui pèse le plus. La tête n'est qu'un cube de 5cm de côté.

Ce week end, j'usine les supports moteurs, week end prochain, on devrait faire bouger X et Y.

 

[Marc PELTIER]

Je sais, à cette vitesse on n'imprime pas... D'ailleurs, le montage du clip n'est même pas une imprimante 3D, c'est juste un démonstrateur pour l'excellent ODrive, en cours de développement, un double driver de brushless de modélisme, gérés comme des servos (à suivre!!!)

Je ne montrais ça que pour les tiges carbones, et les glissières ultralégères. Un bon exemple, à mon avis.

 

[J-Max]

Bonjour,

Je prends un ticket pour cette imprimante étonnante, conçue comme une fraiseuse.
Sur les premières simulations, on voyait des drivers type M420 ou qui y ressemblent.
Quel est le choix arrêté actuellement ?

++JM

 

[bendu73]

C'est une très belle machine mais elle n'est pas conçu comme une fraiseuse! Bien quelle soit plus rigide que la plupart des imprimantes du commerce.
On attend la suite Vince

 

[J-Max]

Bonjour,

Oui, j'exagère c'est vrai. Cependant ça m'intrigue et je suis impatient de voir la suite.

++JM

 

[vince_007]

Comme promis, j'ai bossé un peu le 1er mai !

- Un support moteur en 7075 en 5mm, ce sont les 3 mêmes:

- En place, la courroie est un peu longue pour X et Y faudra les changer. Poulie moteur en 20 dents et 40 dents sur la barre:

- Support pour la vis à bille qui reçoit les 2 roulements. Alésage à la CN montage glissant sans serrage:

- Montage à blanc de l'entrainement du Z, la courroie est parfaite pour cet axe, mêmes poulies que pour les autres axes. Vis à billes de 16mm au pas de 5, c'est sur-dimensionnée mais ce sont les moins chère chez les chinois:

- Et pour la route, une petite vue de la face arrière de la machine avec les 3 moteurs:

Les prochaines étapes sont :
- La finition d'une axe Z provisoire pour les tests. Comme on veut des tailles de plateau différents et amovible, il faut réfléchir à la conception, donc on fait un truc simple pour les essais avec un plateau moyen taille puis on verra après.
- Faire bouger les axes X et Y pour faire les réglages, tester les performances en vitesse et position.
- Concevoir et fabriquer un extrudeur en full aluminium, seule la roue d'entrainement du filament sera acheté.