Zatsit, l'imprimante 3D delta sans mécanique !

[Marc PELTIER]

Bonjour à tous !

Après quelques mois de mise au point, j'ai la fierté de vous présenter mon bébé que j'ai appelé Zatsit.

Il s'agit d'un kit pour fabriquer le mécanisme d'une imprimante 3D delta, pratiquement sans aucun composant mécanique !

Le secret ? Tout est fait à partir d'une feuille d'un composite spécial, le Hylite, qui est judicieusement découpée et gravée par CNC pour constituer la géométrie générale, des plis de raidissement, et des charnières, pour intégrer la totalité du mécanisme d'un seul coup, sans rotule, ni aimants, ni joints cardan, juste une feuille pliée, avec des charnières intégrées.

Il en résulte une précision inégalée, aucun réglage, un fonctionnement silencieux et sans jeu, et en plus, c'est très économique !

[div=none]

[/div]

Je vous renvoie au site que je viens de créer, où tout est expliqué :
http://zatsit.fr/accueil.html

J'ai l'intention de proposer tout ça sur Kickstarter, mais je serais heureux d'avoir vos réactions et recommandations avant, pour que je puisse ajuster au mieux.

Il s'agit seulement de la mécanique de l'imprimante delta. Vous pouvez y rajouter l'électronique que vous préférez, la hot-end qui vient de sortir, vos moteur de recup', tout ce que vous voulez. C'est une plate-forme caméléon, pas cher, et très efficace. C'est fait pour des gens comme nous tous ici, des "Makers"...

Merci d'avance de vos réactions.

 

[osiver]

J'avoue ne pas bien voir la cinématique de la tête.
Si je comprends bien, la tête est montée ou descendue collectivement par les trois câbles et déplacée horizontalement par différence entre la position des patins sur les colonnes, toujours par les câbles. Seulement il faudrait des articulations au niveau des bras qui supportent la tête, non ? Je ne les vois pas

 

[Marc PELTIER]

C'est une imprimante delta, je n'ai rien inventé de ce côté là. Mon apport ne concerne que la façon de faire une delta, sans mécanique classique, mais avec un mécanisme articulé à charnière.

 

[osiver]

Ah, je m'en doutais, c'est le matériau qui plie en charnière.
Et combien de mouvements est-il capable de supporter ?

EDIT : le fabricant dit 80000

 

[Marc PELTIER]

Rectification : le fabricant dit 80.000 sans qu'on puisse voir aucune altération des charnières. Ça veut dire qu'ils ont arrêté les tests à 80.000, mais on peut aller beaucoup, beaucoup plus loin !

Le polypropylène qui constitue les articulations a des propriétés singulières à cet égard, ce qui explique qu'il soit utilisé pour faire les charnières des couvercles de milliards de boîtes diverses en polypropylène injecté, et toutes sortes d'autres applications (fils et cordages, tissus...).

En ce qui concerne Zatsit, j'ai des prototypes qui tournent depuis plusieurs mois, sans que j'ai pu remarquer la moindre altération.

Ceci dit, rien n'est éternel, et on peut très bien déchirer une charnière par accident. J'ai prévu de fournir des plaques en hylite gravé en remplacement, en cas de malheur...

 

[Marc PELTIER]

Une petite vidéo explique tout mieux qu'un long discours :

 

[booddha]

Bonjour

[/div]

Je vous renvoie au site que je viens de créer, où tout est expliqué :
www.zatsit.fr

Aïe, ça commence mal

Ce nom de domaine n'est pas disponible

 

[Marc PELTIER]

@booddha
Désolé, une sombre histoire de propagation des DNS, suite à un référencement récent sur Google+.
Bref, je viens de tester, ça devrait marcher avec ce lien :
http://zatsit.fr/accueil.html

 

[fredcoach]

Tiens, je me demandais justement si on ne pourrait pas remplacer toutes ces articulations complexes par des articulations souples...
Enfin, quand tu dis "sans mécanique", tu exagères quand même beaucoup.
Tu as beaucoup simplifié les bras, mais il y a encore le reste!
Les patins le long des guides verticaux, l'entrainement...
Cela dit, je trouve l'approche très intéressante.

Bon, côté accès au site, ce n'est pas encore ça.

 

[victorjung]

Salut, j'aime beaucoup l'idée, parceque j'aime beaucoup les deltas surtout pour les 3 axes identiques, mais moins pour le nombre de pièces mécaniques nécessaires.
au niveau des gidages linéaires tu utilises quoi?
J'avoue que je suis bien séduit par ton idée de pliage, mais suis qand même scéptique quand à l'usure par fatigue.
J'aimerai aussi bien connaitre tes motivations pour avoir choisi un hybride courroie/cable, et pas l'un ou l'autre.

edit: qu'est ce qui permet au plit de tenir en forme, (les bras en forme de u par exemple) la couche d'alu suffit simplement à garder le pli, lorsque qu il est marqué?
Sinon y'a du boulot et te souhaite bien du succès.

 

[Marc PELTIER]

@victorjung
L'usure et la fatigue inquiètent spontanément tous ceux qui découvrent l'idée, mais après analyse et information, on comprend que de longues chaînes moléculaires qui s'orientent spontanément dans le sens des efforts, comme ça se passe dans le polypropylène, peuvent être plus durables que des surfaces métalliques qui frottent les unes contre les autres... C'est une autre façon de penser.

Comme il est normal que vous doutiez, voici un document sur le sujet : http://web.mit.edu/2.75/resources/random/Living Hinge Design.pdf

Guidage linéaire :
Le profilé Makerslide a été une bénédiction pour moi : il permet de rapprocher les points de guidage, les charnières principales et les courroies quasiment dans le même plan. Tout est symétrique, de sorte que, quand les câbles et courroies sont bien tendus, le mécanisme peut pratiquement se passer du guidage sur l'une des tours! J'ai essayé !

J'ai préféré un guidage par glissement sur les surfaces prismatiques du profilé Makerslide, avec patins en Delrin, plutôt que des roues à gorges, plus encombrantes et plus lourdes. J'ai essayé le filament imprimable IGUS pour faire les patins, mais je n'ai pas trouvé que ça changeait quoi que ce soit. J'en suis resté au Delrin.

Mais l'idée essentielle est d'allonger verticalement les chariots, pour compléter le guidage par des doigts en Hylite qui viennent glisser à l'intérieur des guides du MakerSlide. La longueur d'encastrement passe à 15 cm verticalement, de sorte que, même si les guides ne sont pas bien réglés, le chariot n'a que très peu de marge de jeu.

Tout cet aspect guidage fonctionne vraiment très bien, avec des moyens très simples, et participe de façon très importante aux performances de la machine.

Courroie/câble :
J'ai réalisé un prototype à câbles uniquement, en tresse de pêche HDPE.
Les moteurs sont sur les profilés-guide, à mi-hauteur. Le câble fait 10 tours autour d'un tambour Ø8mm gravé en précision au tour, et collé sur l'axe du moteur. Les renvois se font sur des roulements à gorge. La moitié du parcours du câble se fait à l'intérieur du profilé.

J'ai eu d'excellents résultats avec ça :
Le diamètre d'enroulement étant plus petit que la classique poulie GT2 à 20 dents, la résolution théorique est meilleure.
Le câble ne rencontre aucune discontinuité dans son mouvement, tous les enroulements et renvois se faisant sur des surfaces lisses.
Il en résulte une commande à haute résolution, et sans "backlash", que le mécanisme articulé reproduit parfaitement. Du point de vue qualité d'impression, c'est vraiment parfait.

Cependant, j'ai abandonné cette solution pour les raisons suivantes :
Il faut usiner les profilés alu, pour le logement du tambour, et celui des roulements. C'est cher.
Le câble sur son tambour est une galère à installer en aveugle à l'intérieur du profil, d'autant que la position initiale importe beaucoup (l'enroulement se déplace lors des mouvements)
La tension n'est pas facilement réglable, car les roulements sont fixes. Il faut installer sur les chariots mobiles un mécanisme "à violon" qui abîme la simplicité du concept.
Et surtout, quand la tension n'est pas optimale, il peut se produire des glissements quand on secoue vraiment l'imprimante avec de très fortes accélérations. J'ai trouvé ça inadmissible.
En bref, c'est très performant, mais ce n'est pas assez robuste pour un kit. Il y a trop d'aléas. Et puis, finalement, il s'est avéré que faire graver un simple tambour, même en série, était bien plus cher que d'acheter une poulie crantée...

Je suis donc revenu à la courroie GT2 entraînée par une poulie de 20 dents, comme tout le monde, mais j'ai quand même amélioré un peu le système :
Ce ne sont pas les moteurs qui sont en position symétrique par rapport au centre de la machine et aux chariots, ce sont les courroies, parce que ce qui importe, c'est que tous les efforts soient aussi symétriques que possible. Les moteurs sont donc implantés "en tangente" par rapport à la machine.
Les courroies sont exactement dans le plan de la partie du Hylite qui agit comme chariot, il n'y a aucun porte-à-faux.
Le retour se fait par câble, sur roulement à gorge, pour éviter les discontinuités qu'occasionnent le passage des dents sur la poulie de retour. J'ai trouvé des combines toutes bêtes, et qui ne coûtent rien, pour l'attache du câble sur le chariot d'un côté, et sur la courroie de l'autre. La tension se règle en déplaçant le chariot du roulement, fixé sur une gorge en T du profilé alu. C'est simple, robuste, économique, et légèrement mieux, du point de vue qualité d'impression, que les solutions tout courroies.

Plis dans le Hylite : on règle la résistance du pli par le profil de gravure. J'ai fait beaucoup de prototypes, pour avoir un pli bien raide, mais que l'on peut quand même former à la main sans outillage.

 

[******]

salut , c'st quand meme tres moche comme systme

ne m'en veux pas si je dis cela, c'est juste que.. voila c'est moche

 

[victorjung]

Merci pour ta réponse très complètes à toutes mes questions!
et moi je trouve ca plutot joli contrairement a jicer.
t'as pas des vidéos en fonctionement?

 

[stanloc]

Ceux qui n'auraient pas confiance dans la longévité des articulations, sachez qu'on peut faire selon le même principe entièrement en métal. A savoir des bras en métal au bout desquels on inserrent des lames fines en acier encastrées. Cette méthode d'axe virtuel est vieille comme le monde.
Moi c'est plutôt le fait d'une "mécanique" entièrement faite en plastique qui me questionne mais enfin si ça marche, pourquoi pas.
La question qui tue est : combien ce kit est-il vendu ? et à combien tout le reste : moteurs, drivers, logiciels ?
Enfin que trouve t'on de mieux à ce système "delta" qu'à une configuration traditionnelle X,Y,Z en coordonnées cartésiennes ?
Stan

 

[fredcoach]

On peut en effet utiliser le même principe avec du métal.
Mais le métal supporte beaucoup moins bien la fatigue.
C'est pour cela que les rotors récents d'hélicoptères utilisent des articulations souples en composites.
Et pour les exigences de résistance à la fatigue, je crois qu'il n'y a pas pire qu'un rotor d'hélicoptère...

 

[Marc PELTIER]

@stanloc & fredcoach

Dans une imprimante 3D, les efforts sont très faibles, ça n'a rien à voir avec une CNC. En revanche, on recherche une grande agilité, parce que ça influe directement sur le temps d'impression. Et par ailleurs, les imprimantes 3D font beaucoup, beaucoup plus de mouvements qu'une CNC, notamment des mouvements alternatifs assez violents.

Ce n'est donc pas tellement la résistance absolue qui importe, que la résistance à la fatigue et à l'usure.

Et là, le polypropylène est bien mieux placé que la plupart des métaux, même si ça vous paraît contre-intuitif. Des lames d'acier (certains aciers !), utilisées à l'intérieur du domaine de déformation élastique, pourraient en effet être utilisées, mais d'une part la complexité de réalisation (et le prix) n'aurait rien à voir avec ce que je propose, et d'autre part, je pense que même des aciers spéciaux particulièrement adaptés sont plus vulnérables à la fatigue que le polypropylène.

@stanloc Pourquoi l'architecture delta plutôt que cartésienne ?
Dans une machine cartésienne, on a inévitablement l'un des axes au moins qui est porté et déplacé par un autre. Or, un axe, avec son moteur et ses guidages, c'est lourd, et donc, à puissance égale, l'agilité est moindre. L'architecture Core-XY échappe un peu à ce que je viens d'écrire, car on ne déplace que les guides, mais ça reste complexe, et ça ne marche que pour de petites dimensions (les guides peuvent fléchir).

Dans une delta, on ne déplace que la masse de l'effecteur, et du mécanisme, dont les bras ne travaillent qu'en tension/compression. On peut obtenir un équipage mobile très léger (130 g pour Zatsit, hot-end comprise). Par ailleurs, les trois moteurs contribuent, quel que soit le mouvement. Il en résulte une grande agilité.

L'architecture mécanique est complètement modulaire, les trois axes étant identiques. Finalement, du point de vue mécanique, les choses sont beaucoup plus simples. La complexité est reportée sur l'électronique, qui doit faire 1000 fois plus de calculs. C'est pour ça que les deltas préfèrent les électroniques 32 bits.

Le prix :

J'attends encore des confirmations des sous-traitants, mais je vise un kit à 300€, ce qui permet de sortir une machine PLA seulement, mais évolutive sans limitation, à moins de 400€. C'est comparable aux kits chinois les plus bas de gamme, mais franchement, ça n'a rien à voir, en performances, en qualité, et en évolutivité.

 

[Marc PELTIER]

@victorjung
Le post n°6 de ce fil comporte une vidéo.

 

[victorjung]

J'ajouterai que la delta à un encombrement différent, une carthésienne sera plus large que la zone d'impression sur les 3 dimensions alors qu'une delta à un encombrement très vertical, ce qui peut être pratique.
Je serai aussi curieux d'avoir une estimation du prix du kit.

 

[fredcoach]

Je suis convaincu depuis longtemps de l'intérêt du delta.
La plupart des configurations demandent hélas un encombrement très important.
Celle considérée ici (les guides verticaux) ne présente pas cet inconvénient mais les guides sont soumis à des efforts de flexion, ce qui réduit fortement l'intérêt de l'architecture delta.
Comme les efforts sont faibles dans le cas de l'impression 3D les efforts de flexion sont très supportables, c'est pourquoi cette structure est choisie.
On peut alors profiter pleinement des avantages du delta.
Bien sûr, la commande est considérablement plus complexe mais l'informatique gère très bien ce genre de chose.
L'autre inconvénient est la complexité des articulations mais la solution présentée par Marc apporte une réponse élégante.

 

[J-Max]

Bonjour,

Félicitations pour cette machine au design très réussi je trouve.
J'aime aussi la ventilation déportée.

Par rapport au volume d'impression une delta a un encombrement en sa défaveur,
et le volume d'impression rend certaines pièces difficilement logeables,
à moins d'imprimer uniquement des vases ou des nez de Concorde.

Je suis reprapeur et je m'interroge aussi sur l'apport de cette matière.
Comme il y a un usinage recto-verso, il est peu probable
que cela revienne moins cher qu'un kit traditionnel.
Il y a l'absence de réglages, bien qu'il ne soit pas compliqué
de régler 6 bras à la même longueur.

En revanche, un point sur lequel vous pourriez travailler
est la possibilité d'évolution, notamment au niveau de l'effector.
En effet, une fois les premiers pas transformés,
beaucoup vont chercher à avoir plusieurs extrudeurs.
Parmi d'autres choses, comme une amélioration de la ventilation
pour l'impression de certains plastiques techniques etc.

D'ailleurs, le PPe a une température de transition vitreuse
qui croise la température de fusion des thermoplastiques d'impression.
Dans quelle gamme de température l'imprimante est-elle exploitable ?
Est-il envisageable de cloisonner l'imprimante pour l'impression
de matières nécessitant une chambre chauffée ? (ABS, etc.)

Y a-t-il un vrai gain de poids par rapport
aux systèmes rotules + bras carbone ?

++JM

 

[brice40516]

pour Marc, je trouve l'idée plutôt bonne, et la machine est au moins très réussi estetiquement. je laisse la critique technique constructive au perssone plus pointu que moi comme Stanloc.

mais je trouve la machine, la vidéo et le site internet très pro, chapeau
pour moi, c'est les gens comme toi les vrai artistes !
et j'espère un jour pouvoir concevoir des objets qui présentent aussi bien.

bonne continuation, et que la réussite soit avec toi !!!
je vais suivre l'évolution de ton projet avec attention.

 

[PsyKo]

Très intéressant en effet comme principe.
Tu peux déjà communiquer sur un ordre de grandeur du prix ?

Histoire de pouvoir évaluer en rajoutant moteur/hot end, etc...

 

[gaston48]

Bonjour,
La conception est très élégante, ton projet est de grande qualité, à tout point de vue.

Sous faible charge, les glissières en Delrin sont un bon choix. Les galets en V,
concept diffusé par Hepco la première foi, sont entachés d'un gros problème de frottement.
Au niveau du cône un seul diamètre respecte une vitesse périphérique synchrone avec le déplacement,
les autres diamètres sont soit en retard, soit en avance, donc entraînent un frottement.
Hepco masquait ce défaut de conception par des arguments d'autonettoyage.

En revanche, concernant les articulations, j'aimerais bien connaitre la stabilité de position
de l'axe de pivotement et s'il y a variation, son impact sur la fidélité des déplacements.
Il serait intéressant de quantifier cela sur un plan théorique.

 

[stanloc]

En revanche, concernant les articulations, j'aimerais bien connaitre la stabilité de position
de l'axe de pivotement et s'il y a variation, son impact sur la fidélité des déplacements.
Il serait intéressant de quantifier cela sur un plan théorique

C'est effectivement ce qui est le point faible avec du plastique contrairement avec ce qui se passe avec une lame de métal enchâssée comme elle doit l'être. Mais pour faire des objets dont les dimensions ont des tolérances larges (c'est le cas de beaucoup de pièce faites par cette technique et que j'ai pu voir) cela doit suffire. C'est comme les bras dont la section non tubulaire n'est pas optimisée pour la résistance au flambage. Mais là on est dans la théorie et ce qui compte c'est le résultat. Parce qu'il faudrait AUSSI faire une analyse critique au niveau de la programmation et des calculs et approximations(s'il y en a) dans la transformée par exemple d'une ligne droite horizontale en mouvements des trois moteurs.
Stan

 

[Marc PELTIER]

@JMax
Prix : Je vise le kit à 300€ (les premiers contributeurs sur Kickstarter l'auront à moins). Le but est de pouvoir annoncer une configuration simple (RAMPS, Clone ED3, etc...) à moins de 400€.
On trouve des kits de bas de gamme chinois dans ces eaux-là, mais ça n'a rien à voir, en rigidité et exactitude des guides, précision de montage, simplicité... Les pièces usinées CNC que je fournis sont vraiment impeccables. J'ai bossé avec une boîte qui dispose de plusieurs centres d'usinage 3D et 5D modernes, et nous avons fait des tas de protos pour optimiser les profils de gravure, les méthodes de bridage recto-verso, les passages de fraise, etc... Ca n'était pas évident du tout, car les exigences d'exactitude en Z ne sont pas ordinaires. Maintenant, franchement, c'est nickel ! Je peux affirmer que Zatsit est un kit de grande qualité. L'économie résulte de la simplicité du design, pas d'une fabrication au rabais.

Poids : Non, ce n'est pas plus léger, au total. Les bras sont légèrement plus lourds que le carbone, mais le porte-effecteur est bien plus léger que ce que l'on voit d'habitude, avec les rotules ou les aimants. Au total, je pense que ça se vaut.

Avantages spécifiques : Aucun réglage, pas de bruit, pas de backslash, pas d'usure, fonctionnement très doux. La géométrie courroie/ guidages / charnières est très soignée, il n'a vraiment qu'un minimum de porte-à-faux, et des efforts très symétriques, de sorte qu'il n'y a pas d'effets parasites, et la qualité d'impression est au top. Je vais publier sur mon site des photos de tests, qui sont très probants par rapport à ce que les autres publient sur Internet (bien qu'il soit difficile d'isoler, dans des test de qualité d'impression, ce qui est le fait de la mécanique, et ce qui vient du système d'extrusion, de la ventilation, etc...).

Adaptabilité : Bien vu! C'est en effet un des avantages. Changer la tête d'impression est un jeu d'enfant (3 vis, écrou captif), et on peut mettre à la place tout ce qu'on peut imaginer. Je vais montrer plus tard ce que j'ai déjà fait dans ce sens : Z-probe, comparateur, mini-broche de fraisage...

 

[Marc PELTIER]

@gaston48 et stanloc
Stabilité de position de l'axe de pivotement :
Bien vu aussi ! J'ai beaucoup beaucoup bossé là-dessus, pour réduire au minimum le petit vide que les contraintes de l'usinage imposent entre les deux charnières perpendiculaires, aux points d'articulation.

Ce petit vide est en effet la source principale des déplacements possibles du point d'articulation théorique, que ce soit en compression ou en traction.

Un déplacement minime existe toujours, lorsqu'on exerce une forte contrainte, mais il s'est finalement avéré plutôt bénéfique : il s'agit d'une déformation visco-élastique, qui n'est pas présente dans les conditions normales de l'impression, quand les efforts sont faibles, mais qui permet d'absorber les contraintes anormales qui se présentent quand, par exemple, la buse rencontre un grumeau de plastique durci, notamment sur la première couche (Vous savez tous que ça arrive régulièrement).

Là où d'autres perdraient des pas, ou bien feraient sauter leurs aimants, Zatsit passe : elle a des amortisseurs intégrés !

La présence d'un comportement visco-élastique est également favorable pour minimiser les vibrations et les résonances.

 

[Marc PELTIER]

@J-Max
Je n'ai pas répondu sur la possibilité de fermer la machine pour la chauffer :
Le Hylite supporte jusqu'à 120°C en continu, mais je pense qu'à cette température, les charnières pourraient ne pas se comporter normalement. Par ailleurs, le design est tel que les courroies sont dans l'enceinte chauffée, et il semble qu'il n'existe pas de courroies GT2 qui résistent à plus de 85°C en température de service continu.

J'ai testé mes charnières à 100°C, dans l'eau bouillante, et il n'y a aucun problème. On peut donc chauffer Zatsit à 85°C, ce qui convient très bien pour tous les plastiques courants que les amateurs peuvent utiliser.

 

[vax]

J'aime beaucoup l'idée qui apporte plein de solutions dans bien d'autres domaines...

Je vais suivre ton aventure avec plaisir.

 

[M4vrick]

Un projet super intéressant, j'ai moi même une delta qui fonctionne très bien depuis plusieurs mois.

Je vais suivre de pret, d'instinct les bras en composite "plié" me choquent mais tu as l'air d'avoir très bien calculé ton truc et les avantages sont intéressants.

Ce qui m'intéresse serait de pouvoir remplacer mes bras par les tiens mais cela risque d'etre très difficile à cause de la différence d'architecture Rotules/montage fixe.

 

[phil135]

c'est très intéressant, j'ai quand même trois questions:
- ici tu dis que les courroies tiennent 85°C et sur ton site que tous les composants supportent 120°C ... ??
- pourrais-tu donner la liste de commissions pour compléter le kit jusqu'à une machine opérationnelle ?
- le passage à deux têtes ABS + support soluble a-t-il été dessiné pour le valider ?

nota: la photo de ton kit n'est pas vendeuse pour 300€ . ça donne l'impression qu'en étant patient 3 mois il y aura une copie chinoise à 50€ sur ebay (je caricature)