Les CNC dans le modélisme - Les expérimentations de Kaoslave

Merci Lucius,
Nouveau tuto pour cette dernière session de CDA. Là y'a que la moitié pour le moment (mais ça vous laissera le temps de lire).

Pour ce tuto, on va aborder 2 machines différentes (découpeuse laser et fraiseuses numériques), mais un seul logiciel, Inkscape. Comme souvent, il y a d’autres façon de procéder, et notamment de moins s’embêter avec la fraiseuse, mais je reste dans l’optique libre et pédagogique.

Passons d’abord en revue les avantages/inconvénients de chaque machine :

• La découpeuses laser : très facile à appréhender et à utiliser, plutôt rapide (si on parle d’une laser CO2 d’au moins 30W, en-dessous pour moi ça ne sert à rien) et très précis. Son principal désavantage c’est son prix (>2500€ pour un minimum correct) et, qu’on a malheureusement que 2 options : découpe et gravure, ce qui explique l’habituelle platitude des décors sortant de cette machine.
  
• La fraiseuses numériques 3 axes : très polyvalentes, possibilité de fraiser à plusieurs profondeurs différentes de façon propre, plutôt rapide et on en trouve des pas chères tout à fait performantes. Le principal désavantage est la difficulté d’utilisation (ce n’est pas une machine pour débutants). On pourrait aussi citer son manque de finesse dans le travail ou l’obligation de finition manuelle, mais ce n’est pas réellement qu’elle en est incapable, c’est juste qu’on sort de son utilisation optimale (on parle ici de machine 3axes de type «hobby», on ne parle évidemment pas de fraiseuses pro à 5-6 axes sur lesquelles on produit les moules d’injection de nos figurines adorées).
  

Côté logiciel, on fera tout sous Inkscape, parce que c’est un très bon logiciel libre, tout à fait polyvalent (notamment du point de vue des machines). On aurait très bien pu faire le travail (et probablement même plus facilement) sous OnShape que j’ai déjà utilisé avant, mais ce n’est pas un logiciel libre (même s’il est gratuit pour un usage «amateur»).

Comme toujours, je commence par le concept que je vais croquer à la main sur un bout de papier. Je connais mes dimensions externe : 100x75mm, pour l’interne, cela dépendra de l’épaisseur (mais à priori je pars sur du MDF 6mm), mais ça n’a pas trop d’importance, je ne comptais pas détailler l’intérieur avec du relief (éventuellement une rapide gravure laser ou l’ajout de bits imprimés 3D). Dans mes impératifs, j’ai le système d’assemblage et une certaine cohérence de la taille des «ouvertures» (vu qu’à Deadzone il y a 3 tailles de figurines, enfin 4 avec les véhicules). Pour l’assemblage, c’est surtout la fixation des sols/plafonds qui est importante, et pour les ouvertures, je veux juste 3 options : fenêtre (taille 1), porte (taille 2) ou rien.

Bref, voilà mon premier croquis.



Côté fabrication, j’imagine une création en 2 temps pour prendre le meilleur des 2 mondes :

1. Laser : gravure sur les surfaces extérieures et découpe de la forme (et des ouvertures).
   
2. Fraiseuse : fraisages des surfaces selon 2 profondeurs.
   

Comme le MDF est une saleté à fraiser (vu son côté fibreux bordelique) et que je compte privilégier le rendu du fond (et donc utilisation d’une fraise «upcut» - plus commune), je vais profiter du laser pour améliorer le rendu du bord supérieur (qui serait privilégié avec une fraise «downcut» - plus rare) en gravant ces bords… le meilleur des 2 mondes j’ai dit.

Bon et bien maintenant il n’y a plus qu’à. J’ouvre Inkscape et je commence par dimensionner mon document (100x75mm). J’en profite pour définir les unités en mm (parce que les px ça ne veut rien dire aux machines) et ajouter une grille de 2,5mm, ce sera pratique pour les premiers alignements, mais faudra désactiver le magnétisme de temps en temps.

Je commence par ajouter un rectangle que je dimensionne à 100x75mm grâce aux cases de paramétrage. Je lui défini un fond et supprime le contour (c’est important pour les alignements suivants avec les paramètres, car sinon l’épaisseur du contour compte dans le positionnement – c’est le défaut majeur d’Inkscape pour la fabrication numérique). Je passe ensuite sur l’outil de sélection, pour le positionner en 0;0 (toujours grâce aux petites cases, même si avec ma grille cela aurait été facile à aligner à la souris).

Je vais ensuite créer un rectangle de 6x3mm (toujours avec un fond mais pas de contour) que je vais placer en 22;0 ( ou 22;72 si vous n’avez pas décoché la référence en haut à gauche dans les préférences d’Inkscape). Je le duplique (y’a un outil pour ça) et je pose la copie en 72;0. Je soustrais les petits rectangles au grand (faut le faire 1 à 1) pour constituer ma découpe principale. Je vais maintenant ajouter un nouveau calque et j’en profite pour renommer le premier «bordure principale».



Je passe ensuite aux différentes sections de découpe profonde (sur le calque nommé comme tel). J’utilise la grille et l’outil de tracé de segments pour faire mes éléments. Comme je sais que je vais passer une fraise de 3mm, je vais directement prendre en compte ce fait… je trace donc avec un contour de 3mm (et un fond identique), ce qui me donnera une idée de la partie enlevée. Comme je passerai le laser sur la bordure, je devrai de toute façon réaliser un offset par la suite ; j’aurai donc pu travailler à l’inverse, tracer juste pour le laser, et réaliser l’offset plus tard pour la fraiseuse. Mais vu que j’aurai des arrondis dans certains coins à cause de la fraise, mon rendu sera meilleur ainsi.

Afin de ne pas perdre de temps, je duplique les éléments et j’utilise la grille pour aligner correctement les copies… et lorsqu’il y a une symétrie, j’utilise l’outil adéquat… c’est plus rapide que de tout tracer.

Viens alors les découpes légères, idem que précédemment, mais j’intercale le calque entre les 2 autres et je choisi une couleur intermédiaire pour le rendu.

Pour la zone «porte/fenêtre», je design d’abord la fenêtre sur un nouveau calque (juste au-dessus). Je viens ensuite compléter le tracé pour la porte (vu la simplicité, je profite du magnétisme pour refaire le tracé plutôt que de le dupliquer et le modifier), que je mets sur un nouveau calque (nommé «mur»).



On passe maintenant à la gravure (et donc un nouveau calque). D’un côté j’importe le logo de la plateforme d’atterrissage, et de l’autre la police de caractère pour le «Zeta-1». Le texte possède un fond mais pas de contour, tandis que le logo possède un contour mais pas de fond. La raison est simple, l’un sera «gravé» façon «jet d’encre», l’autre sera une découpe partielle. En effet, la laser permet d’avoir un rendu très fin et précis, mais lorsqu’il s’agit de graver, elle est très très lente (parce qu’elle balaye la zone et brûle point par point). Ainsi pour des «lignes» il est plus rapide de réaliser une découpe partielle, même si cela peut être un peu moins propre (mais vu que je vais le peindre, ça n’a aucune importance). On termine en ajoutant les autres lignes de déco avec l’outil de tracer de segments.


La base du design est prêt… reste maintenant à réaliser l’adaptation pour la fabrication. On commence par la préparation pour le laser… déjà parce que c’est plus facile, et surtout parce que c’est la première étape de fabrication. Chaque couleur utilisées va pouvoir recevoir des paramètres de vitesse (de déplacement), d’intensité du laser (et sur les modèles plus pro que le mien, de fréquence, puisque le laser CO2 est un laser pulsé), et du nombre de passe (c’est surtout important pour des planches très épaisses mais la plupart du temps on essaye de ne faire qu’une seule passe). En bref, forte puissance et vitesse lente permet de traverser une épaisseur plus importante.

Comme dans mon cas je pars sur 3 réglages (découpe complète, gravure «balayage» et découpe incomplète, autrement dit gravure vectorielle), je vais donc préparer mes éléments pour que cela correspondent.

Je commence par m’attaquer à la découpe, puisque c’était mon premier calque. Là c’est simple, suffit de virer le fond et de définir un contour.

Ensuite je passe sur mes gravures… là encore pas de difficulté puisque j’avais déjà préparé le coup (fond pour la police, contour pour les autres).



Là où les choses se corsent, c’est pour faire les bordures des zones fraisées… c’est en théorie accessoire, mais comme je le disais, le rendu sera meilleur et j’aurai moins de travail de nettoyage. Bref, sur 2-3 pièces, ça n’en vaut pas la peine, mais vu que je vais en faire plein, il y aura une vraie économie de temps pour la suite. Je commence par dupliquer mon calque (parce que j’ai besoin de garder l’original pour la fraiseuse). Ensuite, je vais convertir le «contour en chemin». De un tracé, je me retrouve avec 2 tracés (un externe et un interne). Vu que seul le contour externe m’intéresse, je vais donc supprimer l’autre. Pour cela, je commence par «séparer» les deux, puis je supprimer celui qui ne m’intéresse pas (faut évidemment pas se planter, et c’est notamment là ou la duplication du calque est utile). Je viens de réaliser ainsi ce qu’on appelle un «offset»… sous un autre logiciel cela aurait été une seule étape… sur Inkscape, c’est un poil plus long.

Après avoir réalisé l’offset sur les parties de fraisage «léger» et «profond», je vais fusionner les éléments qui s’intersectent (car le laser n’aura d’impact que sur la surface supérieure, pas l’intermédiaire). Une simple opération booléenne me permet de le faire. J’aurai pu m’en passer, mais ça m’a pris 2 secondes sous Inkscape et c’est plusieurs secondes d’économisées de gravure laser par pièce.



Il me reste juste à gérer la partie mur/porte/fenêtre. C’est le même principe qu’auparavent, mais afin de pouvoir choisir entre découpe complète (pour les portes/fenêtres) ou incomplète (mur), je vais choisir d’autres couleurs. Comme ça je n’aurai qu’à modifier les paramètres de découpe sur ces éléments à la volée, en fonction de ce que je voudrai sortir comme pièce. Et voilà !



Alors les plus attentifs, verrons peut-être que j’ai également supprimé les segments de découpe incomplète chevauchant (ou sortant de la pièce) une découpe complète. En effet, dans un soucis d’optimisation du temps de fabrication, il est inutile de faire une découpe incomplète au même endroit qu’une découpe complète (surtout si cela se fait après la découpe complète). Bref, quelques secondes de design dépensées pour quelques minutes de découpe économisées.

Y’a plus qu’à lancer le premier test. Je vais d’abord faire une copie de mon fichier SVG et y supprimer tous les calques qui ne sont pas en lien avec la laser. Ensuite, faut lancer la machine sur une chute de bois, et si le rendu réel me convient, on passera à la préparation du fraisage, sinon retour à la case design.

Je réalise le test dans une chute de contreplaqué (plus facile à couper et j'en ai beaucoup) :



Et comme j'en suis satisfait, et bien j'ai lancé une découpe "porte" et une découpe "fenêtre" dans du MDF 6mm : Pour info, c'est environ 4 minutes par pièce (mais je ne pousse pas mon laser dans ses retranchements pour pas l'user prématurément).



J'ai tenté de mettre la fenêtre sans le contour de la porte, mais je trouve ça moche... donc au fraisage, ce sera "partiel" obligatoire.



La suite, ce sera donc la préparation au fraisage.