La page recueil technique n'est pas chronologique mais décrit les différents aspects du projet. C'est un recueil de connaissance qui contient toutes les informations techniques concernant le projet (planning, calculs, dimensionnement, choix...).

Que doit faire notre imprimante ?

Avant toute chose, il faut pouvoir définir de manière claire ce qu'on attend de notre imprimante, ce qui est déjà fait, ce que nous pouvons faire cette année et ce qui sera implémenté l'année prochaine. C'est pourquoi nous avons d'abord dû déterminer, en accord avec le client, un cahier des charges général (résumé dans le schéma ci-dessous), que nous avons ensuite subdivisé selon les trois sous-catégories que nous avons définies : la partie thermique, responsable de l'enceinte isolante et de sa régulation thermique, la partie mécanique, chargée de concevoir le design de l'imprimante et les lois de commande de la tête et du plateau, et la partie électronique, responsable de la commande de l'imprimante et des cartes électroniques.

Schéma du cahier des charges général

Partie mécanique

Cahier des charges mécanique

Liaison entre le bâti et la tête d'impression

Liaison entre le bâti et le plateau

On obtient finalement un schéma général des différentes liaisons entre les pièces de l'imprimante.

Partie électronique

Cahier des charges électronique

Problématique

Dans notre modèle d'imprimante 3D, le plateau est aussi mobile pour permettre plus d'amplitude d'impression. Pour cela, les commandes imposant des mouvements à la tête d'impression doivent être décomposées en déplacement pour la tête et déplacement pour le plateau. Pour réaliser cela, nous avons décidé de commander avec des cartes différentes chacun des déplacements. Cela implique d'une part de déterminer les cartes adaptées, et d'autre part de séparer les codes électroniques d'impression.

Choix des cartes électroniques

Séparation du code électronique

1. A l'origine, le fichier envoyé est une maquette 3D de la pièce à imprimer : dans notre cas, nous utilisons Catia comme logiciel de 3D.
2. La maquette 3D est ensuite passée dans un logiciel Slic3r qui convertit le fichier 3D en un fichier G-Code.
3. Le problème est ensuite de séparer les lignes qui concernent la commande de la tête de celle qui concernent le mouvement du plateau. Nous avons décidé que seul le plateau effectuerait les mouvements verticaux. Cela permet à la tête de rester dans la zone où sa marge de mouvement horizontale est la plus grande. Nous avons donc choisi d'écrire un script Python qui sépare les commandes selon les coordonnées X,Y et Z.
4. Ce fichier modifié est ensuite transmis à la Raspberry qui peut ainsi envoyer ligne par ligne les commandes aux 2 cartes. Pour éviter les interférences entre les cartes Arduino et SmoothieBoard, la Raspberry n'envoie la ligne suivante qu'après un retour de confirmation que la ligne précédente s'est bien effectuée.

Partie thermique

Cahier des charges thermique

Mise en équation : température de l'enceinte en fonction du temps

On peut ensuite fixer certaines valeurs

On cherche maintenant à déterminer la puissance à fournir pour s’arrêter à 373K.

Suppositions établies

Pour la régulation, on peut supposer que la résistance chauffe instantanément compte tenu du temps de chauffe de l’ensemble. Donc, on peut considérer que quand on pilote la puissance de la résistance, on pilote en fait directement sa température Tc.

On suppose aussi que la température de la résistance correspond à la température de l’air dans la boîte de chauffage.

Asservissement du système

Pour piloter, on assimile le système à un premier ordre : Tint' = -k.(Tint - Tc)

En faisant un asservissement, on établira une consigne de la forme : Tc = C.(Tint - Tvoulue)

Le meilleur C (correcteur) serait un PI (K1+K2p) compte tenu du système. Un proportionnel fonctionnerait très bien néanmoins.

Néanmoins, pour déterminer les constantes, on a besoin de connaître le k, ce qu’il faudra faire par identification après avoir envoyé une consigne échelon à Tc. Pour cela, il faut construire tout le système.

Dans un premier temps, il sera déjà bien de piloter tout simplement en fixant Tc=Tvoulue, c’est-à-dire sans correcteur (et donc sans asservissement).

Le matériau choisi pour l'enceinte : le polyuréthane

Celui-ci remplit en effet les principales fonctions demandées :

Pour cette année, nous ne nous occupons que de bâtir l'enceinte pour le chauffage. La partie refroidissement et contrôle de l'humidité ne sera construite que l'année prochaine, bien que le principe ait déjà été en grande partie imaginé et schématisé.

Nous avons ainsi acheté les matériaux nécessaires à la construction de l'enceinte, celle-ci débutera la semaine prochaine.