Les CNC dans le modélisme - Les expérimentations de Kaoslave
#91
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.

[Image: CDA8-120.jpg]

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».

[Image: CDA8-121.jpg]

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»).

[Image: CDA8-122.jpg]

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).

[Image: CDA8-123.jpg]

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.

[Image: CDA8-124.jpg]

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 !

[Image: CDA8-125.jpg]

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) :

[Image: CDA8-126.jpg]

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).

[Image: CDA8-127.jpg]

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.
Répondre
#92
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».

[Image: CDA8-128.jpg]

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.

[Image: CDA8-129.jpg]

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.

[Image: CDA8-130.jpg]

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).

[Image: CDA8-131.jpg]

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.

[Image: CDA8-132.jpg]

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.

[Image: CDA8-133.jpg]

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.

[Image: CDA8-134.jpg]

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

[Image: CDA8-135.jpg]

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.

[Image: CDA8-136.jpg]

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).

[Image: CDA8-137.jpg]

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).

[Image: CDA8-138.jpg]

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.

[Image: CDA8-139.jpg]
Répondre
#93
C'est chouette ça. A titre indicatif tu vendrais combien le cube
Répondre
#94
(29-09-2021, 07:51)Lucius Forge a écrit : C'est chouette ça. A titre indicatif tu vendrais combien le cube
Navré Lucius, j'ai raté ton message. J'attendais d'avoir des nouvelles photos avant de poster à nouveau.

Si je devais les vendre, je regarderai le prix du marché sur un truc équivalent et je m'alignerais. Mais ce ne sera pas le cas, ce n'est pas mon métier (moi je suis prof) et en plus je suis en Suisse, alors soit personne ne me les achèterai, soit je n'en vivrais pas très bien.

Par contre, si y'a des intéressés par mon design, je mets volontiers les fichiers sous licence CC-BY-SA-NC. Suffira de vous trouvez un FabLab pour les produire (et les modifier à votre convenance).

On continue donc avec les photos. Pour faciliter la peinture, j'ai créé un cache (à partir des fichiers numériques, c'est très facile) :
[Image: CDA8-141.jpg]

Avec cela, je peux peindre rapidement en peu d'étapes (bon d'accord y'en a quand même pas mal, mais elles s’enchaînent vite) :
- Sous-couche gris (Aéro)
- Couche noire pour le dessous des reliefs (aéro)
- Couche grise en zénithale (45°) pour les reliefs (aéro)
- Couche gris clair encore plus en zénithale (60°) pour les reliefs (aéro)
- Bleu sur le dessus (grâce au cache) (Aéro)
- Blanc sur les marquages (pinceau)
- Orange sur les marquages (pinceau)
- Pigments, coulures
, etc. (pinceau)
- Vernis (aéro)

Au final, ça donne ça :
[Image: CDA8-146.jpg]

Si mon compresseur n'avait pas lâché (et qu'il m'eut fallut 2 semaines pour le remplacer, ce serait déjà terminé). Mais là je n'ai que les plaques de "mur" de terminé et les arches intérieures (car il n'y a pas de peinture dessus, c'est imprimé directement dans une couleur convenable). Mais j'ai eu le temps de poser tous les aimants du coup.

Voici une petite photo de ce qui est déjà terminé :
[Image: CDA8-151.jpg]

Et sinon j'ai designé et découpé les parapets pour le toit.
[Image: CDA8-145.jpg]

Comme d'hab tout le détail est sur le forum d'en face (dans la section CDA).
Répondre


Atteindre :