L’imprimante 3D tobeca 2

L’imprimante 3D sert à fabriquer un objet rapidement qui est commandé et programmé par un ordinateur.
L’imprimante 3D effectue des tâches rapides et précises pour créer un objet relativement simple, en une courte durée. L’imprimante 3D fonctionne grâce à 3 axes principaux : les axes X,Y et Z. L’axe X et Y sont des courroies qui coulissent grâce au moteur, l’extrudeur (ou tête d’impression) est placé sur l’axe X. L’axe Z est la vis sans fin qui permet de faire monter et descendre le plateau et la tête d’impression. Il y a 3 moteurs. Celui qui permet de faire coulisser les courroies, le moteur qui fait tourner la vis sans fin et celui qui fait descendre le fil plastique dans la résistance chauffante et dans la tête d’impression. Cette imprimante utilise des bobines de filament en plastique, notamment du PLA. Il est produit à partir d’amidon et il est biodégradable.
Le plastique est chauffé pour être fondu et malléable, la tête d’impression guide le pastique précisément. Cette tête d’impression est refroidie par un ventilateur de 40 mm.
Le plastique sort par une buse de 0,4 mm.
Les fils électriques de l’imprimante sont gainés sur le modèle que nous étudions.

dessin de l’imprimante 3D et ses principaux composants par A.

Tout d’abord, nous allons analyser l’utilité de l’objet. Pour cela, nous avons fais la bête à corne, et nous avons pu observer que l’imprimante 3D permet à son utilisateur de créer des objets plus ou moins complexe grâce à des matières premières ( le plastique dans notre cas )

Image ci dessous : Bête à corne de l’imprimante 3D

Ensuite, nous allons analyser comment l’imprimante utilise les informations et l’énergie qu’elle reçoit, avec le diagramme de la chaîne d’information et d’énergie ci dessous :

Il y a beaucoup de solutions techniques qui permettent d’être précis et rapide. Mais la synchronisation de certains éléments sont indispensable et non-négociable.
– Les moteurs effectuent des rotations courtes et rapides qui permet un déplacement rapide et précis de la tête
– Le bloc extrudeur permet de couler la plastique, la buse, elle, permet de diriger la couler de ce liquide.

– La pièce est créée grâce à un logiciel comme sketchup ou des logiciels de modélisation 3D .
La pièce est exporter dans le logiciels d’utilisation de l’imprimante en fichier .stl.
Pour pouvoir modéliser la pièce il faut utiliser un trancheur qui permet de découper la pièce couche par couche comme slic3r
L’imprimante 3D reçoit les informations envoyées par le logiciel d’utilisation (via un branchement USB), La carte électronique va traiter les informations, quant à lui, l’extrudeur va réaliser la pièce qui a été créée par l’utilisateur dans le logiciel. Grâce à la synchronisation des données.
Le logiciel permet aussi de voir la progression de la pièce en temps réel.

-Un calibrage extrêmement précis est nécessaire pour une réalisation optimale de la pièce.

Les 2 images ci dessus sont des captures d’écran du logiciel qui permet de programmer l’imprimante 3D

Pour conclure, le système de l’imprimante 3D est à peut près similaire à celui de l’imprimante 2D, ce n’est qu’une successions de couche 2D. Peut être y aura t-il des construction à grande échelle dans le futur.

L’imprimante 3D

L’imprimante 3D sert à concrétiser un objet en relief qui a été créé virtuellement afin de le produire réellement. Avant, les imprimantes 3D étaient en quelques sortes réservés aux industriels ou aux designers, elles deviennent cependant plus accessible et de plus en plus de particuliers en acquièrent.

Le plateau d’impression, qui est chauffant, bouge dans une seule et unique direction, l’extrudeur, de même mais dans l’autre direction et peut aussi monter et descendre.

Vu de l’utilisateur, l’imprimante superpose des couches de plastique fondu les unes sur les autres grâce à la tête d’impression et au plateau d’impression qui bougent indépendamment l’un de l’autre, jusqu’à obtenir la pièce finale.

https://www.youtube.com/watch?v=c_s9j0rFcCY#t=13

Problématique : Comment piloter précisément et efficacement les mouvements complexes d’un objet technique ?

1.  Les mouvements que voit l’utilisateur 

Source : LP2I

2. Chaîné d’information et chaîne d’énergie 

Source : LP2I

3. Le plateau

Le plateau est chauffant. Il y a un adhésif polyimide dessus qui est un adhésif très fin et lisse résistant à des températures supérieures à 200°C .Pour que l’adhérence ait lieu, il est nécessaire d’avoir un PLA de bonne qualité et de chauffer le plateau à environ 60°C pour le meilleur résultat. Il est recouvert d’une vitre, afin d’être sûre que la surface d’impression soit lisse.

4. Matériel d’impression 

Source : LP2I

5. Diagramme

Source : LP2I

6. Les mouvements

Source : LP2I

A) Les liaisons et mouvements liées au déplacement latéral de la tête d’impression et au plateau

Une poulie crantée est encastrée dans le moteur, il y a donc une liaison d’encastrement. Les moteurs utilisés sont des moteurs pas à pas c’est à dire que le moteur tourne d’un certain angle (appelé pas) à chaque impulsion électrique ce qui permet d’être plus précis. Cette poulie est reliée à une courroie cranté. L’utilisation d’une courroie crantée permet une plus grande précision par rapport à une courroie lisse qui aurait tendance à glisser à cause de la faible adhérence. L’extrudeur et la plaque chauffante se déplacent sur des cylindres lisses qui font offices de guidage. La courroie est reliée à la fois au deux poulies et à la tête d’impression ou au plateau chauffant, ce qui permet le déplacement du composant. Grâce aux roulements à bille présents dans la pièce de contact entre le guidage et le composant, le déplacement est optimal et sans frottement et donc plus précis.

Source LP2I

B) Les liaisons et les mouvements liés au déplacement vertical de la tête d’impression

Source : LP2I et Guide montage imprimante Tobeca 2

Le roulement à bille présent dans le cylindre de roulement permet un déplacement efficace, précis et sans frottement. Les moteurs utilisés sont des moteurs pas à pas.

La vis est représentée ici par la tige filetée et l’écrou est situé dans le bloc usiné.

Moteur à pas + Tige filetée = Grande précision verticale

Le pièce de contact de cette liaison d’encastrement est le couplage Z qui est une pièce imprimée par une autre imprimante 3D.

Liaison d’encastrement

7. Le calibrage

Pour pouvoir être précise l’imprimante a besoin de se calibrer avant chaque utilisation, en effet si elle ne se calibre pas les différents objets en mouvement ne pourrons pas être coordonnés.

Source : Guide montage imprimante Tobeca 2

Elle se calibre grâce à de petits boutons poussoir comme ci-dessous, les pièces en mouvement se déplacent vers ceux-ci jusqu’à les toucher. Une fois ces boutons poussoir enclenché ils transmettent l’information à l’imprimante d’arrêter le moteur concerné. Une fois les pièces en mouvement calibrées elles sont prêtes pour l’impression.

Source : LP2I

Conclusion

Pour conclure, l’imprimante 3D Tobeca 2 imprime précisément grâce à un ensemble de solutions technique simple et efficace.

Le LP2I est équipé d’une imprimante 3D Tobeca 2 depuis le 20 novembre 2014.

Qu’est-ce qu’une imprimante 3D ?

C’est une machine capable de fabriquer des objets, en plastique dans notre cas, en déposant de la matière plus ou moins liquide, du plastique fondu dans notre cas, comme le ferait une imprimante de bureau avec de l’encre. Mais au lieu de se limiter à une couche de matière déposée sur une surface plane, la machine est capable de gérer des déplacements dans une troisième direction pour déposer successivement de très fines couches de matière, les une sur les autres. L’imprimante réalise ainsi un objet en 3 dimensions à partir d’un modèle dessiné avec un ordinateur, avec un logiciel comme SolidWorks par exemple. Ce procédé permet de fabriquer directement des objets aux formes complexes mais il a l’inconvénient d’être très long : entre une dizaine de minutes et quelques heures suivant la taille de l’objet à imprimer (mais dépend peu de la complexité de la pièce). Une imprimante 3D ajoute progressivement de la matière alors qu’une machine à commande numérique, part d’un bloc de matière brute dans lequel il enlève progressivement de la matière, avec une fraise par exemple.

Tour Eiffel en plastique en 3 dimensions, d’environ 20cm de haut, imprimée en près de 5h avec une imprimante 3D (Source : Tobeca.fr)

Le modèle 3D utilisé pour imprimer cette tour Eiffel (Source : thingiverse.com)

Lien vers les fichiers source de ce modèle 3D chez thingiverse.com

Vidéo de présentation de l’imprimante 3D Tobeca 2 (Source : YouTube, Adrien Grelet) :

Voici une autre petite vidéo (source : MakerShop.fr) qui montre la fabrication d’un petit vase en plastique avec une imprimante 3D, l’ancien modèle Tobeca 1. Attention, cette vidéo est en partie en vitesse accélérée :

La société Tobeca

Tobeca est une startup créée en octobre 2013 par Adrien Grelet (DUT Génie Electrique et Informatique Industrielle de Tours) qui conçoit et commercialise des imprimantes 3D open source (open hardware et software) et low-cost. Tobeca se situe à Vendôme (entre Tours et Chartres). Elle privilégie qualité et simplicité pour le particulier et les PME.
Site de la société Tobeca

L’imprimante 3D Tobeca 2

Le modèle Tobeca 2 est sorti le 15 juillet 2014. Il ne coûte que 999 € en version simple extrudeur, monté et testé. C’est ce modèle que nous envisageons d’acheter.
La version en kit est à 699 € (prévoir 5 à 10h de montage).
La version double extrudeur coûte 100 € de plus (en kit ou montée). Elle est disponible sur commande (délai de 15 jours actuellement pour le montage et le test). Elle correspond à une utilisation avancée de l’imprimante.
Une version simple extrudeur est suffisante dans la grande majorité des cas mais on peut la faire évoluer facilement en version double extrudeur en achetant les éléments séparément. Pour imprimer une pièce comportant un porte-à faux important, la machine en version simple extrudeur imprime un support en même temps que la pièce, avec la même matière, mais avec une maille différente qui se casse facilement pour obtenir la pièce finie.
Les imprimantes 3D Tobeca sont garanties 1 an mais une extension de garantie à 3 ans (plus 2 ans) est disponible pour 100 €.

Les consommables

Cette imprimante utilise des bobines de filament en plastique, notamment du PLA (Acide polylactique, produit à partir d’amidon et biodégradable). Une bobine de 880 g de PLA 1.75 mm (Orbi Tech) coûte 28,90 €, soit 32,94 € le kilo (Source : Tobeca.fr).
L’imprimante 3D Tobeca 2 sur la boutique de Tobeca

Quelques caractéristiques de l’imprimante 3D Tobeca 2

◾Logiciel d’impression : Repetier Host (libre)
◾Firmware : Marlin (libre)
◾Formats acceptés : .STL, .OBJ, .GCODE
◾OS supportés : Windows XP, 7, 8 (x86 et x64), Linux Ubuntu et Debian (x86 et x64), MAC OS
◾Dimensions (avec bobine) et poids : 440 x 450 x 460 mm, 10 kg
◾Volume d’impression (X, Y, Z) : 200 x 200 x 250 mm soit 10 000 cm3 en simple extrusion
◾Résolution des déplacements : 15 µm théorique, environ 100 µm en pratique.
◾Épaisseurs de couches : 0.10 mm à 0.30 mm soit 100 à 300 µm (en fonction de la qualité choisie)
◾Vitesses d’impression : jusqu’à 200 mm/s (en fonction de la qualité choisie)

L’imprimante 3D Tobeca 2 en version simple extrudeur à 999 € (Source : tobeca.fr)

Prototype de la Tobeca 2 vue de l’arrière : les fils ne sont pas gainés ici (Source : 3dprint.com)

Prototype de la Tobeca 2 vue de l’avant : les fils ne sont pas gainés ici. (Source : 3dprint.com)

Tobeca 2 : la tête d’impression est refroidie avec un ventilateur de 40 mm. Les fils sont gainés sur ce modèle de série. (source : makerfaireparis.com)

Prototype de la Tobeca 2 : Lorsque la machine est repliée pour le transport, on voit bien le mécanisme d’entrainement de l’extrudeur (Source : Tobeca.fr)

L’extrudeur refroidi par le ventilateur de 40 mm avec la buse de 0,4 mm d’où sort un fil de plastique fondu (du PLA) lors de l’initialisation de la machine (Source : Guide d’utilisation Tobeca.fr)

Une bobine de 880 g de PLA 1.75 mm (Orbi Tech) coûte 28,90 € et devrait nous suffire pour une année d’utilisation (Source : Tobeca.fr)

Une imprimante 3D open source

Pour ma part, le fait que cette imprimante soit diffusée sous la licence Open Source Creative Commons Non Commerciale (CC BY-NC-SA 3.0) est très important. L’imprimante peut être étudiée, modifiée, répliquée, de manière libre à partir des fichiers sources (hard et soft) fournis sur Github.com.
◾firmware complet pour la carte électronique de la Tobeca (dossier FW)
◾dossiers des sources du projet, notamment les fichiers SCAD ou SKP des pièces 3D qui composent la Tobeca
◾dossier STL, qui contient tous les modèles 3D au format STL, prêt à être imprimés pour réparer ou faire évoluer la Tobeca
◾dossier SOFTWARES, avec les logiciels pour la Tobeca à jour, comme l’IDE Arduino pour flasher la carte électronique, les drivers, les logiciels d’impression ainsi que les configurations Slic3r.

Le fichiers sources du matériel et du logiciel sont fournis (Source : github.com)

Repetier Host est le logiciel libre utilisé par Tobeca (Source : repetier.com)

Principaux atouts de cette imprimante 3D

– Low-cost mais performante
Cette imprimante 3D Tobeca 2 est une des moins chères de sa catégorie (999 € montée) et possède cependant de très bonnes performances avec notamment un bon volume d’impression de 10 000 cm3 (20 x 20 x 25 cm) et une bonne résolution (couches de 100 µm d’épaisseur et 15 µm de résolution horizontale théorique).
Elle est peu encombrante et facile à transporter (dans sa mallette support) alors qu’elle possède un assez grand volume d’impression.
– Pédagogique
. Elle est open source (matériel et logiciel sont libres) et peut donc être étudiée plus facilement par des élèves qui peuvent même s’inspirer de cette machine pour leurs projets.
. Elle n’est pas capotée ce qui permet aux élèves de bien visualiser son fonctionnement mais aussi les solutions techniques retenues pour sa conception (moteurs, transmission, guidages, drivers de puissance, …).
– Simple
Elle semble simple d’utilisation : profils d’impression pré-configurés, logiciel tout en un pour imprimer en 3 clics. Lien vers le guide d’utilisation détaillé de la Tobeca 2 (pdf).
– Bon support client
Le SAV est proche et réactif (merci à M Grelet, le dirigeant de Tobeca, pour sa disponibilité) : Tobeca est à Vendôme entre Tours et Chartres. La garantie est de 1 an, extensible à 3 ans pour seulement 100 €. Le forum de Tobeca est actif.

L’aventure humaine de la startup Tobeca

Le développement des imprimantes 3D par Tobeca est directement liée au projet RepRap qui consiste à concevoir des imprimantes 3D pour fabriquer chez soi des objets, mais aussi des pièces pour répliquer l’imprimante 3D.

Adrien Grelet, diplômé de l’IUT de Génie Electrique et Informatique Industrielle de Tours, a conçu une première imprimante 3D, puis a créé en octobre 2013 la start-up Tobeca à Vendôme. Il a ensuite conçu et commercialisé l’imprimante Tobeca, première du nom, vendue à plus de 150 exemplaires. Fort de ce succès, il a conçu la version 2 de cette imprimante, la Tobeca 2, commercialisée depuis le 15 juillet 2014.

Lien vers une petite vidéo (4 min) du 5 mai 2014 qui présente le début de cette formidable aventure humaine (Source : JeunesOCentre.fr) :

Et des liens vers les comptes Facebook , Google+ et Twitter de Tobeca.