Un nouvelle cnc imprimante 3D

[olib21]

Un petit bonjour d'un newbie,
je débute la construction d'une cnc et imprimante 3D.
L'idée étant d'avoir une machine suffisamment rigide et précise (enfin au mieux selon le budget) pour usiner bois et alu, et permuter broche et extrudeur.
Les choix sont les suivants:

• profilés alu motedis de section variable (120*40 pour les pièces "maîtresses", 80*120 pour des traverses et 40*20 pour le plateau d'usinage)
• guidage par rail supporté et douille à bille
• transmission par VAB chinoise (budget...)
• surface de travail 67*37*17cm (débattements des VAB)
• broche 2.2kW refroidissement par eau (j'avais envisagé la Kress 1050 mais la broche chinoise (avec roulement allemands...) m'a finalement coûté le même prix alors)

Le chassis est construit, on travaille sur le portique et le z. On a pas réinventé la roue mais on s'est inspiré de modèles existants, avec simplement deux VAB pour le x là ou parfois il n'y en a qu'une centrale.

Et arrive forcément tout plein de questions !!
A force de parcourir pleins de fils, j'ai récupéré différents outils:

• des abaques de Vc et Fz
• une feuille de calcul pour les moteurs pap

Et c'est là que ça se complique: je n'ai pas trouvé (peut-être mal cherché) d'outil pour calculer la "force de fraisage" cad si j'ai bien compris le nb de N à appliquer pour maintenir la vitesse d'avance.
Qq'un pour me donner un petit lien ou une explication ?
Merci d'avance
Olivier

 

[nagut]

ha, la je vais suivre
j'ai un portique cnc, et je pensais aussi à cette possibilité de faire les 2: fraisage et impression 3D; voir ici

ce qui m'a ralenti dans mon enthousiasme, c'est les vitesses d'avance, comparé par exemple à une delta.

les masses en mouvement n'ont rien de comparable et çà secoue .

 

[J-Max]

Bonjour,

Sélection moteur : http://www.orientalmotor.com/products/pdfs/2012-2013/G/usa_tech_calculation.pdf

Si je peux me permettre un conseil,
tes choix actuels feront peut-être une fraiseuse correcte,
par contre, c'est clairement inadapté à l'impression 3D.
Sans compter que gérer de l'impression 3D avec une électronique de fraiseuse,
c'est pas fait pour et inversement.

Bien sûr, ça ne veut pas dire que c'est impossible,
juste que ces deux types de machines ont des philosophies
et des fonctions très différentes et pas vraiment mariables.
La fraiseuse fait des copeaux et de la poussière ce que l'imprimante 3D déteste.
En clair, tu auras soit une bonne fraiseuse, soit une bonne imprimante
soit une machine qui ne sera vraiment bonne dans aucun domaine.

Vu le prix que coûte de monter une imprimante 3D (surtout si on a une fraiseuse),
et le peu de place que ça prend sur une étagère,
je te conseille de te focaliser sur la fraiseuse CNC puis de monter une autre machine.
Tes 130-180€ de pièces pour l'imprimante 3D seront mieux investis.
Sans compter la facilité de réalisation au lieu de manipuler
simultanément le feu et l'eau.

++JM

 

[olib21]

@ J-Max
Ah mais oui tu peux te permettre
Même si ça m'embête furieusement ce que tu me dis là...
En fait mon idée première était une imprimante, et devant les critiques portées sur le manque de rigidité des kits existants, je me suis intéressé à la réalisation d'un châssis plus rigide. Ce qui m'a amené à penser qu'on était pas loin d'un châssis de cnc. Et j'ai lu des exemples de conversion cnc=>imprimante 3D, donc j'étais plutôt confiant
Cela dit, plus je m'intéresse au sujet et plus je lis de choses sur les inerties et les vitesses de déplacements, et plus je me dis qu'on s'éloigne effectivement...
Bon je vais regarder le doc en lien, voir ce que je suis capable d'en tirer.
Pour l'électronique je pensais vraiment que c'était la même (avec carte 5 axes, 4 dont un asservi pour x y z zt le 5ème pour la commande de l'extrudeur), et que seule la partie soft faisait la différence.
Pour le pb de copeaux/poussière ça je pensais résoudre avec une aspiration intégrée.

De toute façon, la cnc sera réalisée en premier, après

 

[J-Max]

Re,

Non l'électronique est différente, tu as la gestion
des températures intégrée au firmware des cartes 3D.
Et les cartes 3D dédiées sont vraiment très abordables.

++JM

 

[olib21]

Argh!!
Bon j'insiste un peu et après j'arrête...
peut-on imaginer une carte fille pour gèrer ce qui ne l'est pas par la carte CNC ? ou un châssis-moteurs-drivers connectés soit à la carte CNC soit à la carte imprimante ?
Ça permettrait de ne pas avoir à réinvestie dans les moteurs, guides...
Même si je me doutes que ça ferai une imprimante somme toute lente, si ça n'est que ça comme défaut je veux bien l'accepter... au moins au départ

 

[olib21]

@nagut
Ah je viens de lire ton fil et je vois que j'amène un sujet déjà traité...
Et c'est clair que quand on voit les deux vidéos... ben on a moins envie de tenter la transformation.
Après il me semblait avoir lu pas mal de critiques sur les kits imprimantes et leur manque de rigidité, ainsi que la surface imprimable un peu courte à mes yeux...
Alors si l'idée d'une machine dédiée te séduit, tu partirais sur quoi ?

 

[Rider63]

Salut a toi!

défi difficile dans lequel tu te lance, une fraiseuse se doit d'etre rigide et massive pour usiner correctement, et une imprimante 3d se doit surtout d'etre rapide, je ne suis pas sur que les deux soient compatibles, a mon avis tu va obtenir un truc moyen en tout. vu le prix des kit imprimantes 3D ( moins de 200e pour les moins chers) je te conseille moi aussi de partir sur deux machine qu'une seule. En plus, une imprimante 3d fait beaucoup plus de mouvement qu'une fraiseuse, tu va user tes rails pour rien avec ça.

 

[olib21]

Bon et bien je vois que mon idée fait l'unanimité...contre elle !!
Ok, je vais donc me concentrer sur la réalisation de la fraiseuse, on verra l'imprimante après.
Je vais déjà regarder le doc que J-Max m'a indiqué, et je reviendrai vers vous pour le choix des pap, ça me parait bien compliqué...

 

[nagut]

en plus, il y a le probleme du lit chauffant, pratiquement indispensable, qui risque de provoquer des déformations de l'ensemble ( c'est pas du bati en fonte )
pour ce qui est de mon choix: pas encore arrêté .
j'ai un copain qui c'est construit une delta; la vitesse est impressionnante !
il a réalisé la commande avec un arduino; d'après lui, il y a rien de plus simple.
il était venu faire une démo dans le bled ou j'habite, car on avait un projet de fablab avec un voisin.

 

[stanloc]

De mon point de vue il faut se poser la question de la fréquence d'utilisation des deux machines et c'est sur ce point que je ferais 1 ou 2 machines.
@Rider63 ; si ta fraiseuse tourne souvent à 10 ou 20 m/mn je crois que tu vas user aussi très rapidement ses composants. Par ailleurs je ne crois pas qu'une imprimante puisse rivaliser avec une telle vitesse, donc c'est toujours une question de feeling comme l'histoire du combiné tour/fraiseuse ou combiné à bois versus autant de machines séparées. Chacun voit midi à sa porte.
Stan

 

[djalex1664]

j'ai une cnc 4 axes maison de petite taille faite à l'epoque pour de l'alu avec 0.02mm de tolérance. Je l'ai modifiée pour acceuillir une tete laser et dernierement j'ai fait une tete pour l'impression 3D. ça marche parfaitement bien mais ça va vraiment pas vite. ça m'a permis de valider toute la chaine de pilotage et ainsi reflechir pour contruire une imprimante qui sert qu'a ça.
La remarque de la deformation par le lit chauffant est vrai pour l'avoir vécu, ayant une table rainurée en alu il y a une réelle déformation... Problème réglé par l'ajout d'une plaque de depron dessous, augmentation de 5°C de la temp de la table par rapport à l'ambiante au bout de 7H d'impression.

 

[Rider63]

De mon point de vue il faut se poser la question de la fréquence d'utilisation des deux machines et c'est sur ce point que je ferais 1 ou 2 machines.
@Rider63 ; si ta fraiseuse tourne souvent à 10 ou 20 m/mn je crois que tu vas user aussi très rapidement ses composants. Par ailleurs je ne crois pas qu'une imprimante puisse rivaliser avec une telle vitesse, donc c'est toujours une question de feeling comme l'histoire du combiné tour/fraiseuse ou combiné à bois versus autant de machines séparées. Chacun voit midi à sa porte.
Stan

user mes composant avec 10m/min? dans la doc de mes rails c'est mentionné la vitesse max de 100m/min...

le problème d'une imprimante 3d est que tu es toujours a vitesse élevée et le nombre de passage est 1000x plus élevé que sur une fraiseuse. j'ai une imprimante 3d, les avances rapides sont a 150mm/s, ce qui fait 9000mm/min l'avance moyenne est de environ 60-80 mm/s soit 4800mm/min

 

[nagut]

ayant une table rainurée en alu il y a une réelle déformation.

déjà quelles ne sont pas plates au départ !!; il peut y avoir, d'une rainure à l'autre, des écarts en planéité de 0.15 !
on corrige normalement avec un martyre surfacer .

 

[J-Max]

Re,

@olib21, tu peux avoir une carte 5 axes et des drivers séparés,
une fois encore, c'est pas le souci.
Par contre, il te faudra des régulateurs thermiques externes
pour gérer la température du lit chauffant et de l'extrudeuse.
Peut-être existe-t-il un moyen de faire que je ne connais pas,
mais à priori, tu ne pourrais gérer ces régulateurs par voie logicielle.
Pareil pour la ventilation. En impression 3D, tu régules
la ventilation de la pièce en temps réel selon ce que nécessite
le segment que tu es en train d'imprimer.
Ça fait beaucoup de choses à asservir par le biais d'une électronique non adaptée.
Alors qu'avec une carte 3D tu gère tout directement.

Il est possible que Linux CNC gère une partie de ça,
Mach3 à priori pas du tout.
Mais l'architecture carte-firmware d'une imprimante 3D est très différente,
l'interpréteur est directement dans la carte, tu peux te passer d'ordi.
Ce qui est salutaire car l'impression 3D FDM nécessite beaucoup plus d'instructions
qu'une autre machine à commande numérique, le tout à une plus grande fréquence.
En clair, un système de commande classique peut rapidement saturer
et brider d'avantage la machine.
Dans le cas d'une machine polyvalente à vis et moteurs pas à pas,
vu la "vitesse d'impression" que tu atteindras, ce risque est toutefois limité.

La vitesse a une certaine importance pour une imprimante 3D lambda,
qui rivalise tranquille avec une fraiseuse lambda, soit dit en passant...
Mais le plus important reste l'accélération.
Et là franchement, c'est toute la structure et les composants "lourds",
nécessaires à une fraiseuse, qui vont limiter l'imprimante
et augmenter considérablement les temps d'impression.
Pareil, plus les moteurs pas à pas seront gros, plus ils auront de l'inertie.
Les Nema23 vibrent beaucoup plus que les Nema17 également.

Bref, ce sont réellement deux types de machines qui ont des spécificités
très différentes et difficilement conciliables.
Si ça avait été une imprimante et un laser, là c'est infiniment plus proche.

Dans les kits imprimantes, effectivement certains ont des problèmes de rigidité,
qui sont soit carrément dus à leur conception,
soit certaines choses ont été revues à la baisse dans un esprit de profit.
C'est le cas des structures i3 en acrylique pour lesquelles le petit monde de l'impression 3D
est est unanime, même si l'on trouve quelques propriétaires qui défendront bec et ongle cette matière
qui ne présente pourtant aucun avantage, mécanique tout du moins.
Mais toutes les machines n'ont pas ce défaut, loin de là.
On recherche de vives accélérations donc les parties mobiles doivent être légères,
mais les machines bien conçues sont suffisamment rigides pour faire des pièces
justes, précises et d'un bel aspect de finition.

Si on achète un kit premier prix, il faut envisager de suite de devoir reprendre
un certain nombre de composants pour avoir une bonne machine.
La solution idéale est de composer soi même son kit
ce qui ne revient pas beaucoup plus cher.
Après des modèles d'imprimantes 3D, il en existe un paquet.
Les plus performantes sont sans doute les CoreXY,
viendront ensuite les Delta, puis la grande famille des Cartésiennes.
se rapprocher du fablab de sa région permettra de faire de substantielles économies,
et d'éviter tous les nids de poule d'une construction et de la calibration.
Là le wiki reprap à l'air en rideau, mais ça vaut le coup d'aller consulter www.reprap.org
pour se faire une idée des modèles open source éprouvés et accessibles.

++JM

 

[olib21]

@J-Max,
Ok je laisse tomber l'idée, je vais déjà travailler à mener à bien la cnc puis je reparlerai de l'imprimante.
Dans la doc que tu m'a indiqué, il n'est pas (ou alors j'ai pas compris) question des contraintes liées à l'avance de l'outil.
Or dans la feuille e calcul que j'ai c'est un paramètre à indiqué, qui visiblement compte autant que le poids de la partie à déplacer.
Alors je me doute bien que cette force à appliquer dépend elle-même de multiples paramètres (matière, diam de fraise, hauteur de passe...) mais ne serait-il pas possible d'avoir une valeur maxi cohérente à la construction de ma machine, càd selon les éléments décrits et de ce que vous savez de ce genre de construction ?

 

[J-Max]

Re,

Alors là, je laisse parler les experts en conception de fraiseuses.
Pour la mienne, avec un Z de 30kg c'était une valeur négligeable.

++JM

 

[olib21]

Soit,
je vais donc attendre une réponse, ce qui devrait me permettre de compléter cette feuille et donc de connaître le couple nécessaire.
Merci pour ces enseignements et bonne soirée

 

[vres]

Le problème des calculs c'est qu'ils donnent souvent des résultats dérisoires, ce qui fait que t'es presque encore plus perdu après avoir fait les calculs.

 

[J-Max]

Re,

C'est vrai et lorsque tu teste devant la machine,
tu peux avoir des résultats bien différents.
Enfin, ça donne une base et à quelques réglages près, ça convient.
Remarque, les ingénieurs patentés doivent être plus précis que moi ^^

++JM

 

[olib21]

C'est pas très encourageant ce que vous me dîtes là...
Donc en fait soit j'essaie de remplir cette feuille de calcul (mais il me manque des paramètres que je ne sais pas calculer) soit je choisis des PAP un peu au hasard, tout du moins sans calcul, en me basant sur ce que les uns et les autres me diront.
Bon allons-y comme ça
Mon portique devrait peser tout compris aux alentour de 25kg (je vais affiner le poids ce soir). Il est entraîné par deux VAB donc deux PAP.
pour le Y et le Z évidemment les efforts ne seront pas les mêmes, mais est-il judicieux de varier les PAP selon le besoin ou de maintenir le même modèle pour les 3 axes (par facilité par ex...)?
Pour les PAP j'envisageai du Nema 23 et plus précisément dans deux tailles selon le besoin:
http://www.banggood.com/fr/JKM-NEMA23-1_857-Hybrid-Stepper-Motor-Two-Phase-78MM112MM-p-933437.html
alimentés par des drivers M542H capable si j'ai bien compris de forts courants, surtout pour le plus gros des deux Nema 23.
Dites-moi ce que vous pensez de tout ça

 

[nagut]

Mon portique devrait peser tout compris aux alentour de 25kg

?
une 6040 pèse 70 kg; et c'est tout alu
rien que la broche (1500w), fait 5.5kg..+ les vis, les moteurs.....
j'ai un peut de mal à te suivre, mais si, parmi d'autre, je peut te ramener dans la réalité, je serai déjà satisfait.

 

[vres]

Je pense que par portique, il sous-entend la partie mobile.
Concernant les calculs si tu trouve un couple de 0.4 Nm ce qui est très probable, quel couple pour ton moteur vas tu choisir ? Ici tu vas voir des petites machines avec des moteurs de 8Nm qui ce traine, et des machine très mastoques avec des moteurs de 2Nm qui vont à toutes vitesses.

 

[olib21]

oui, je ne parle que de la partie mobile, qui est en cours d'assemblage, et comme je n'ai pas eu la bonne idée de peser les pièces...
Je vais donc peser tout ce qui est déjà assemblé puis je rajouterai le reste, (les autres pièces, la broche et son support, les deux PAP selon le choix).
Effectivement la feuille me donne un couple de 0.30Nm, ce qui me paraît assez faible face aux couples annoncés des moteurs (mais j'ai bien compris qu'il s'agissait des couples de maintien, soit une donnée finalement bien incomplète). Mais comme le couple décroit avec la vitesse de rotation à partir d'une certaine vitesse, je me suis dit qu'il pouvait être intéressant de surdimensionner le moteur afin de garder un couple correct plus longtemps. J'ai bon ou pas ?
Concernant la vitesse, en fait c'est pas temps ce que je souhaite mais ce qu'il est nécessaire d'obtenir en vitesse d'avance pour pouvoir usiner bois alu (et plastiques ?) correctement. Si j'ai compris ce que j'ai lu, à une matière et une fraise donnée correspond une vitesse de coupe et d'avance préconisée ? Donc dans l'absolu, par exemple décider d'usiner une plaque d'alu avec une fraise de diam 6 à 2 dents avec 0.1 d'épaisseur de copeau "impose" une vitesse de rotation de broche de 8000tr/min avec une avance de 27mm/s, ce qui sous entendrait que finalement je ne choisis pas vraiment ma vitesse mais que je fais au mieux lors de la fabrication et qu'ensuite je peux ou ne peux pas usiner dans une condition définie. C'est pas ça ?

 

[vres]

Mais comme le couple décroit avec la vitesse de rotation à partir d'une certaine vitesse, je me suis dit qu'il pouvait être intéressant de surdimensionner le moteur afin de garder un couple correct plus longtemps. J'ai bon ou pas ?

Ça ne veut rien dire, entre un 2Nm 5A et un 6Nm 2A, le 2Nm gardera un couple constant plus longtemps avec la même tension.

Personnellement j'achète toujours les même moteurs avec un courant fort et une faible inductance. Après si il a trop de couple il suffit de baiser le courant il en sera encore bien meilleur.

 

[olib21]

Ah.. pourtant je croyais que plus l'inductance était élevée plus on pouvait faire passer une tension forte donc maintenir une vitesse de rotation.
Ben c'est pas si simple de choisir un PAP.
Alors quand tu dis "les même moteurs avec un courant fort " tu ne parles que de l'ampérage, pas de la tension ?

 

[J-Max]

Re,

Normalement, l'inductance élevée permet plus de couple
à basse vitesse, mais le couple va chuter plus vite.
Les moteurs à inductance faible conservent mieux
leur couple tandis qu'ils prennent des tours.

Il faut sélectionner ton moteur à partir des courbes de couple.
Selon la transmission que tu choisis et la plage d'avance
que tu utiliseras, alors tu peux déduire la vitesse à laquelle
tes moteurs devront tourner.
Il faut qu'ils conservent plus que le couple calculé (0.3Nm, je crois ?)
dans la plage de vitesse d'utilisation.

Dans le cadre du Leadshine ci-dessous, et si tes calculs sont justes,
il ne faudrait pas dépasser les 1300rpm, ce qui est beaucoup.
[div=none]

[/div]

++JM

 

[olib21]

Ah Ok, donc en fait l'inductance la plus faible.
Quand tu dis 1300rpm c'est beaucoup, c'est parce qu'un nema 23 globalement ne dépasse pas trop cette vitesse, ou parce qu'en prise directe avec ma VAB pas de 5mm ça fait 108m/s ?Le truc c'est que souvent les courbes couple-vitesse ben on les a pas, en tout cas pas quand on regarde les vendeurs sur la Baie. Ou alors j'ai pas assez cherché...

 

[J-Max]

Re,

Et bien ça dépend de quoi on a besoin.
Avec une imprimante 3D et les changements rapides de direction,
c'est pas si mal d'avoir une inductance haute,
d'autant que les distances sont courtes la plupart du temps.

Quand je dis que c'est beaucoup, en fait ça dépend des moteurs.
Certains vont perdre leur couple très tôt, d'autres peuvent le conserver même très vite.
C'est beaucoup car il y a peu de chances que sur ta machine
tu le fasse tourner à ces vitesses, car tu sais les moteurs,
il leur faut toujours du temps avant d'atteindre de la vitesse
C'est ce que l'on appelle le temps d'accélération.
[div=none]

[/div]
Il y a des chances que le temps d'accélération ne soit pas terminé
et que tu sois déjà au bout de la course de ta machine avant d'atteindre 1200 rpm.

++JM

 

[olib21]

Mais alors comment peut on avoir des machines affichant des vitesses de déplacement bien supérieur ? un pas de VAB plus grand ? une multiplication ? D'autant que si le couple max est obtenu très tôt l'accélération est forte dès les premiers tours.
En fait, comme je n'ai aucun point de comparaison ni même de référence, je ne sais finalement pas quel but il faudrait atteindre...
Dans un autre fil, stanloc explique qu'il faut déjà bien définir le cahier des charges. Sauf que pour moi (et plein d'autres je suppose) mon CDC il est directement fonction de ce qu'on peut raisonnablement obtenir avec des éléments qui tiennent dans mon budget...