Les CNC dans le modélisme - Les expérimentations de Kaoslave

Voici la dernière ligne droite de ce long tuto. On va préparer le fraisage.

Inkscape n’est clairement pas le meilleur choix de logiciel pour ça, mais il en est capable… et puis apprendre à utiliser 1 seul logiciel, même s’il faut parfois ruser avec lui, est bien plus rapide qu’en maîtriser plus. Inkscape dispose nativement d’une extension permettant de générer du g-code (le format lu par la vaste majorité des fraiseuses numériques), se nommant GcodeTools. Elle possède même quelques fonctions spécifiquement dédié (comme la génération de chemins pour remplir une surface). Mais faut être honnête, à moins de ne réaliser qu’1-2 pièces, vous gagnerez du temps à faire entièrement le chemin à la main… c’est plus de boulot au début, mais tellement plus optimisé (et donc tant de temps gagné lors de la fabrication de chaque pièce).

En CNC, le concept est simple, on plonge la fraise dans le matériau, puis on se déplace latéralement pour enlever la matière, et on procède couche par couche. La machine suit donc un «chemin vectoriel»… et ça tombe bien, c’est exactement ce que crée Inkscape (pour autant qu’on utilise uniquement des objets de type «chemins»). Toutefois, c’est une technologie bien plus complexe à maîtriser, car il y a beaucoup plus de réglages que le laser. On peut régler la vitesse de rotation de la fraise, la vitesse de déplacement (la latérale et la verticale), la profondeur de chaque passe, le sens de rotation, et il y a de nombreuses fraises différentes (à bout rond, conique, cylindrique, de différent diamètre, avec plus ou moins de dents, droite ou spiralée, etc.).

En théorie on commence par un dégrossissage bourrin avec une grosse fraise, puis on passe à une fraise de plus petit diamètre pour les finitions. Mais comme dans mon cas je n’ai pas de changement automatique de fraise et que les pièces sont plutôt petites, je vais tout faire avec une seule fraise, un bon compromis entre précision et rapidité… bref une fraise cylindrique (à bout plat) de 3mm à 2 dents (pour le bois), spiralées vers le haut («upcut»). Sachant cela, je vais donc dessiner sous Inkscape des chemins de 3mm de large pour visualiser le résultat, et comme j’avais créé une grille de 2,5mm, mes chemins vont donc se chevaucher sur quelques dixièmes de mm, un compromis acceptable alliant rendu et rapidité.

Pour optimiser mon temps de fraisage, je vais tenter de créer un seul chemin continu avec le minimum de passage au même endroit. En effet, plusieurs chemins sont possibles, mais certains sont plus longs que d’autres. Je vais travailler un calque à la fois. Je commence par le calque «fraisage profond». Je cache tous les autres calques et j’en crée un nouveau. Avec l’outil de tracé de segment, je vais donc faire une coquille d’escargot s’imbriquant dans la première forme en essayant d’optimiser mon tracé. Pour un rendu optimal, en général on progresse dans le sens de rotation inverse de rotation de la fraise (c’est tout l’inverse de quand on travail à la main, car on a trop facilement tendance à déraper… mais les CNC ne dérapent pas). Je vais donc faire ma coquille d’escargot dans le sens «anti-horaire» (vu que la fraise tourne dans le sens horaire).

Les premiers éléments sont faciles à faire et pour certains je tâtonne un peu plus pour trouver «le meilleur chemin».



Pour la zone porte/fenêtre/mur, je vais commencer mon chemin par remplir la zone «sous la fenêtre» pour terminer par la zone «de la fenêtre». Je placerai cette découpe à la toute fin du processus, ainsi, si j’ai une porte ou une fenêtre, il me suffira d’interrompre le fraisage juste avant la fin pour économiser du temps (ça ne sert à rien de fraiser là où c’est vide).

Voilà, j’ai terminé de tracer tous les chemins. Il me faut maintenant préparer le fichier G-code. Comme je sais que GcodeTools n’optimise pas tout, je vais faire une bonne partie du travail manuellement. Pour la zone profonde (3,5mm), je dois faire 2 passes, car on ne dépasse pas le diamètre de l’outil en profondeur de coupe (surtout que j’ai très peu de chevauchement sur mon tracé) sinon on risque de le casser.



On commence par ajouter un nouveau calque sur lequel on pose les points de référence et l’outil, qu’on paramètre correctement (je vous passe le gros des détails). Comme je vais de toute façon retoucher le code à la main, pour pas me prendre la tête, je règle pour qu'il ne génère qu'une seule passe mais me sorte des vitesses correctes. Ensuite, on règle l’ordre des éléments en utilisant «monter/descendre», l’idée étant ici d’optimiser les déplacements entre les zones de fraisage.

Vu que le MDF est une saleté à fraiser (enfin pour obtenir un bord supérieur net), pour optimiser mon rendu, je vais commencer par les zones profondes (ce n’est pas trop ce qu’on fait normalement, mais là pas le choix). Comme ça, la bordure entre les zones des 2 profondeurs de fraisage sera relativement nette. Si vous voulez vraiment savoir pourquoi, y’a qu’à le demander et je vous ferai un schéma. Ensuite, je fraise l’élément peu profond du dessus, et pour finir, comme déjà indiqué, je termine par la zone de la porte.

Bref, je cache tous mes calques sauf celui des outils et du fraisage profond. Et je lance le générateur. Une fois mon fichier obtenu, je commence par vérifier que le tout est correcte sous un simulateur de fraisage (CAMotics). En particulier je fais attention au sens du tracé (car Inkscape fait parfait des choses bizarres). Si le tracé est dans le sens inverse, et bien j’utilise l’option «Inverser» du menu «Chemin». Comme c’est bon, je génère les 2 autres fichiers comme précédemment.

On va maintenant éditer le code «à la main». J’ouvre l’éditeur de texte et mon premier fichier g-code. Grâce aux commentaires ajoutés automatiquement par gcodetools, je repère facilement les bout de code qui m’intéresse. Je commence par ajouter une seconde passe à chacun de mes 4 éléments en copiant-collant puis en modifiant la valeur Z (en vrai pour pas m’embêter à remplacer 1 à 1 la valeur, je commence par dupliquer le fichier, et dans l’un je fais un remplacement automatique de toutes les valeurs Z impactées, et ensuite le copie-colle entre les 2 fichiers).

Ensuite, j’ajoute les autres éléments à mon fichier final… entre chaque opération, je vérifie le résultat sous le simulateur. Et voilà, mon fichier gcode unique est terminé.



Pour pouvoir enchainer les pièce sur la fraiseuse, je vais me créer un gabarit, histoire de gagner du temps entre les pièces. Je me crée donc un nouveau fichier dérivé de celui prévu pour la laser. J’ajoute des points de fixation (correspondant au plateau de ma fraiseuse) et pour ne pas gâcher, j’en profite pour faire une pièce (vu que de toute façon c’est là où elles seront placées).



Il manque encore un moyen de tenir la pièce dans le gabarit et qui soit rapide à mettre et enlever. J’ai donc trouvé de vieux morceau de plastique (des séparateurs d’un rangement de disquettes 3½, ouais ça ne me rajeunit pas). Quelques trous à la perceuse, des rondelles et des vis et nous voilà prêt.



On va donc fixer le gabarit sur la fraiseuse, et grâce à une pointe de gravage, je viens m’aligner sur la position en bas à gauche pour faire le zéro. Je déplace le portique sur l’axe X pour vérifier que je n’ai pas tourné légèrement mon gabarit (il y a toujours un petit jeu sur les fixations au plateau), et une fois le tout bien parallèle, je serre bien. J'introduis alors la fraise de 3mm à bout plat et je règle mon Z=0 en venant toucher le gabarit avec la fraise.



Avant de me rater dans le MDF, je reprend mon pré-test en contreplaqué et je lance la machine. Moins de 4 minutes plus tard, le résultat est parfait.



J’enchaîne donc avec les 3 tests en MDF et tout est nickel.



J’avais 2 MDF différents. Celui des 2 plaques du bas était de la récup.d’un MDF spécial laser (avec peu de colle). Le rendu est plus flou, en particulier sur la bordure sous la fenêtre (souvenez-vous, je n’avais pas marqué le trait à la laser pour celui-ci). Heureusement, la plaque du haut (réalisée dans le MDF du gabarit, et dont j’ai encore de nombreuses plaques) rend parfaitement… il n’y aura pratiquement pas de nettoyage, ce qui valide mon choix de marquer la bordure avec une gravure laser.

Mes prototypes étant terminés, on va pouvoir passer à la production de masse. Il ne restera que les étapes de biseautage des bords et de placement des aimants que je ferai à la fin (vu que c’est fait manuellement, je préfère le faire en une fois sur toutes les plaques).

J’achève donc ici mon tuto. Je repasserai vous mettre le résultat dans 2 mois, une fois le tout peint.

EDIT :
J'ai lancé la production en série.

Ayant des plaques de MDF prédécoupées (des restes d'un précédent projet), j'ai préparé un fichier pour découper 3 façades à la fois. Temps de découpe par plaque entre 10 et 12 minutes (selon le type mur/porte/fenêtre). Il me faut 30 secondes pour changer une plaque et relancer la découpeuse.



En parallèle, je lance la fraiseuse façade après façade, il me faut en 3' et 4' de découpe par pièce, et moins d'une minute pour échanger les pièces (tout dépend s'il me faut passer un coup d'aspi ou non).



En un poil plus de 2 heures de travail, j'ai produit 6 portes, 9 murs et 9 fenêtres... soit ~5' par pièce (bah oui... pendant qu'une pièce est sur la laser, l'autre est sur la fraiseuse).



J'ai également découpé les sols. 1' de découpe laser par plaque, c'est rapide. J'ai profité du temps de découpe pour chanfreiner les façades. Reste donc plus qu'à poser les aimants, mais ça ce sera après peinture.

Mais pour vous aider se représenter le rendu, j'ai assemblé "2 cubes" avec des élastiques.