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Filament ABS

Mon cube CoreXY avec portique mobile


ZeblodS

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Journal de construction de mon imprimante 3D de conception personnelle.

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Il s'agit d'un cube CoreXY avec portique mobile auto-ajustable et structure entièrement en métal.
Le volume de fabrication est de 400x400x500mm, et le volume externe de l'imprimante est d'un peu moins de 700mm cube.
L'imprimante est construite avec des profilés aluminiums 2020 et des plaques en aluminium de 4mm d'épaisseur coupées au laser. Les piliers verticaux sont en L 4040.

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Le portique est en forme de U ouvert sur l'avant d'inspiration Voron 2.4. Il utilise deux rails linéaires MGN9H pour l'axe Y, et un unique rail linéaire MGW9C pour l'axe X.
Les deux courroies sont des Gates LL-2GT de 6mm de large, qui sont disposée l'une au dessus de l'autre. Elle sont mise en mouvement par deux Nema17 de 40mm ayant un pas de 0,9°, et leur tension est ajustée par le positionnement des moteurs.
Sur le schéma, la courroie supérieur est en rouge, la courroie inférieur est en bleu.
Le portique à trois points de fixation pour une liaison sur trois axes Z indépendants.
A noter : bien que les tests initiaux ne montre pas de torsion du portique lors de l'ajustement de son plan ni lors du mouvement de la tête d'impression, des plaques de renfort verticales sont rajoutées sur la partie extérieur des trois profilés qui le compose (mais ne sont pas représentés sur les images). Ceci afin d'être certain de n'avoir aucune torsion du portique.

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Chaque axe Z est composé de deux tiges linéaires de 10mm, et d'un assemblage Nema17 40mm / coupleur souple / vis-mère de 8mm.
Une plaque de montage utilise ensuite deux guides linéaires long et un écrou anti-contrecoup sur chacun de ces axes pour proposer un point de fixation horizontal et dont la position X et Y reste stable.

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La liaison entre chaque axe Z et le portique devait initialement se faire via un ressort mis sous tension, mais après montage et tests il s'avère que la liaison est trop souple. Elle est donc simplement réalisée par un boulon/écrou et un couple de rondelles, ce qui permet au plan du portique de s'ajuster jusqu'à plus ou moins 3mm d'écart entre chaque axe au maximum, sans toutefois se tordre ni coincer le mécanisme.

4VaT5dTl.png

Chaque axe dispose d'une chaîne porte-câbles avec un support spécifique imprimé à leurs extrémités. Ces supports permettent également de fixer les détecteurs de fin de course à effet hall (Hall-E Endstop), ainsi que leurs aimants associés.


Les supports sont visionnables en 3D :
Support XY
Support YZ

ZQg7NnOl.png

La tête d'impression est d'inspiration Hero Me gen5, mais entièrement re-modélisée de zéro pour cette imprimante. Elle utilise un ventilateur Sunon 4010 axial pour l'élément chaud, et deux Sunon radial 5015 pour le modèle.
L'élément chaud est un NF-Crazy (clone de Mosquito) utilisant une cartouche 70W sous 24V et un capteur PT1000. Le bloc chauffant et la buse d'impression sont en cuivre plaqué, supportant de hautes températures (450°C).
L'extrudeuse est une OMG v2 utilisant un Nema17 23mm, doté d'une liaison rigide avec l'élément chaud.
Un emplacement pour une caméra endoscope de 8mm est également présente avec vue directe sur la buse d'impression.
L'arrière de la tête d'impression dispose également de crêtes afin de maintenir les courroies en place avec la pression sur le bloc du rail linéaire.


Les deux parties qui composent la tête d'impression sont visionnable en 3D :
Support tête d'impression
Bloc de refroidissement

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Le lit est basé sur une plaque d'outillage en aluminium MIC6 de 8mm d'épaisseur et de taille 400x400mm.
La surface d'impression est une tôle d'acier flexible recouverte d'Ultem 1000 PEI maintenu en place avec une surface aimanté collée à la plaque d'outillage.
L'élément chauffant est un matelas chauffant Keenovo 800W 220V collé sous la plaque d'outillage et isolé avec une couche de liège.
Le lit à trois points de fixation pour une liaison à la structure en face des trois axes Z.

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Chaque point de fixation utilise une plaque de support et une tige linéaire du 8mm courte pour limiter le mouvement en X et Y via un guide linéaire court.
La position en Z est maintenue avec un ressort et un capteur de pression Precision Piezo Andromeda.

KC0eqVzl.png

Cela permet de détecter avec précision lorsque la buse d'impression touche le lit, afin de régler au début de chaque impression le plan du portique d'impression par rapport au plan du lit via les trois axes Z.

Toute l'électronique est déportée à l'extérieur de l'imprimante dans un boitier séparé qui reste à modéliser et réaliser.
La gestion de l'imprimante est réalisée via une Duet 3 6HC tournant sous RepRapFirmware, liée à un Raspberry Pi 4 sous Duet Web Control et un écran tactile de 7 pouces.
L'alimentation est fournie par trois alimentations Meanwell distinctes de 5V, 12V et 24V, et un SSR pour le matelas chauffant du lit.
La liaison entre l'imprimante et le boitier de contrôle est réalisée par un ensemble de câbles et de connecteurs GX16.
La structure de l'imprimante dispose également de bandeaux LEDs blanches sous plusieurs angles (y compris sous l'axe X pour que l'endoscope ai suffisamment de lumière), et l'imprimante est placée dans une tente Creality.
Je dispose également d'une boite de séchage / balance de filament ESUN qui sert de support à la bobine lors de l'impression et qui est alimentée directement par l'imprimante.

Je m'arrête là pour la présentation du projet, la réalisation de la structure est actuellement quasiment terminée mais je partagerai la réalisation une prochaine fois. Si vous avez des questions ou remarques, vous savez quoi faire.

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Le gros du matériel pour ce projet.

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- Matelas chauffant Keenovo 800W 220V avec KSD9700 en protection,
- Tôle d'acier flexible recouverte d'Ultem 1000 PEI avec sa surface aimanté,
- Plaque d'outillage en aluminium MIC6 de 8mm d'épaisseur et de taille 400x400mm.

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- Les diverses découpes et plaque préfabriqués en aluminium 4mm,
- Courroie Gates LL-2GT de 6mm sur 6m,
- Rails linéaires MGN9H et MGW9C de 450mm,
- Tiges linéaires de 10mm sur 650mm,
- Vis-mère de 8mm sur 600mm,
- Les diverses découpes de profilés aluminium 2020 et 4040 en L.

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- Moteurs pas à pas Nema17 40mm 0,9° et Nema17 23mm avec leurs câbles,
- Chaînes porte-câbles 22mm sur 15mm,
- Duet3 6HC (modèle opensource),
- Raspberry Pi 4 avec écran tactile 7",
- Alimentations Meanwell LRS-200-24, LRS-75-12 et LRS-50-5,
- Plein de câbles en tout genre...

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Tout le reste nécessaire au montage, dont :
- Des vis allant du M2.5 au M6 en différentes tailles, écrous en T pour profilés, écrous avec stop nylon, rondelles...
- Supports et guides de tiges linéaires, coupleurs souples double diaphragmes, écrous de vis-mère
anti-contrecoup, ressorts 6mm/12mm...
- SSR-40DA avec radiateur pour le matelas chauffant,
- Poulies avec roulement, vis à épaulement, rondelles de précision 0,5mm, bague en aluminium,
- Pieds en caoutchouc,
- Capteurs de fin de course Hall-E Endstops,
- Capteur de pression Precision Piezo Andromeda avec sont Universal PCB,
- NF-Crazy avec cartouche chauffante 70W sous 24V, capteur de température PT1000 et pâte thermique Boron Nitride,
- Extrudeuse OMG v2,
- Ventilateurs Sunon 4010 axial et 5015 radial,
- Divers connecteurs GX16 et USB,
- Endoscope 8mm 720p USB,
- Camera grand angle 1080p USB,
- Divers petits câbles et connecteurs...

Ça fait pas mal de monde à assembler, la suite au prochain numéro.

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Projet très intéressant et avec une très belle conception. Bravo.

Tu contraints les déplacements XY du bed mais as-tu tenu compte de la dilatation de ton plateau? Pour un bed de 400mm tu peux t'attendre à 0.36mm de dilatation à 60°C et 0.83mm à 110°C.

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Le 13/04/2021 at 13:40, Tircown a dit :

Projet très intéressant et avec une très belle conception. Bravo.

Tu contraints les déplacements XY du bed mais as-tu tenu compte de la dilatation de ton plateau? Pour un bed de 400mm tu peux t'attendre à 0.36mm de dilatation à 60°C et 0.83mm à 110°C.

Merci.

Très bonne remarque, je n'avais pas pris en compte la dilatation du métal.

Ce que je peux en dire de mes premiers tests (la fabrication de la structure est quasiment terminée, mais pas encore l'électronique), c'est que la plaque d'outillage en aluminium qui me sert de bed n'est pas en contact direct avec son support découpé en alu 4mm, il y a 3 à 4mm d'épaisseur d'isolant en liège entre les deux. Et lors de mon test de chauffe, j'ai branché le matelas chauffant directement au secteur jusqu'à ce que le bed soit vraiment trop chaud au touché et j'ai débranché et attendu pour vérifier le bon fonctionnement et la bonne diffusion de la chaleur dans tout le bed. Le support est resté à température quasi-ambiante, même avec le bed au dessus trop chaud pour être touché, et le système de détection piezo était toujours fonctionnel (donc le bed était resté mobile en Z).

Maintenant, à voir en situation réelle sur une longue période comment ça se passe, mais pour ça il faudra que je termine.

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PS: Oui les tiges de support du bed sont un poil trop courte, j'en ai commandé d'autre plus longue mais pas reçu pour le moment. Ça n'empêche pas le mécanisme de fonctionner correctement.

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On passe au début du montage !

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La partie basse de la structure est en place, ainsi que le lit d'impression (sans la surface PEI qui sera rajouté tout à la fin, pour ne pas l'abimer).

J'ai également rajouté sur les piliers avant des supports en plastique sur lesquels je collerai deux bandes LEDs (orientées à 30° et 60°). Et une plaque sur laquelle seront fixé les connecteurs GX16 et la prise USB pour connecter le boitier de commande déporté (plus d'informations sur la partie électrique dans un futur message).

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L'un des trois axes Z, bien s'assurer que ça glisse de haut en bas sans problème.

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L'une des fixations du lit à la structure. J'ai déjà mis d'autres photos de ce point là dans un message précédent en réponse à une remarque.

J'ai également une très courte vidéo sur le fonctionnement de ces capteurs Precision Piezo Andromeda. La qualité est médiocre, le téléphone n'arrête pas de changer le focus sans raison, mais on voit que ça réagit plutôt bien à de léger chocs sur le lit, tout en ignorant des chocs bien plus prononcés sur la structure. En espérant que ça réagisse tout aussi bien lors d'une touchette de la buse d'impression.

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Vue de dessous. Le matelas chauffant est collé sous la plaque d'outillage, avec deux interrupteurs thermique de 130° en ligne sur les câbles d'alimentation 220V pour être certain de couper en cas de dysfonctionnement de la carte contrôleur ou du relais SSR. Par dessus j'y ai mis une épaisseur d'isolant thermique en liège (quatre morceaux de 200x200mm, n'arrivant pas à trouver un morceau de 400x400mm). Je renvoie sur mon message précédent pour plus d'info sur le test de fonctionnement effectué.

La suite au prochain épisode.

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Test d’assemblage de la tête d'impression, les pièces plastique sont imprimés en Nylon SLS chez Shapeways.

Pour rappel, les deux modèles composant la tête d'impression sont visible en 3D ici :
Support tête d'impression
Bloc de refroidissement

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L'extrudeuse OMG v2 et son Nema17 sont visible sur le dessus, l'élément chaud NF-Crazy est juste en dessous caché derrière le ventilateur axial 4010 et son cache protecteur. Les deux 5015 radiaux pour le refroidissement de l'objet imprimé sont sur les côtés.

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Côté droit, on voit l'emplacement pour l'aimant du capteur de fin de course à effet hall de l'axe X, vide pour le moment.

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Coté gauche, un chemin de câble permet de les maintenir tous en place, et débouche sur le maillon final de la chaîne porte-câbles de l'axe X.

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Les deux conduites de refroidissement finissent bien aligné avec le bout de la buse d'impression.

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L'emplacement pour l'endoscope est aligné avec la buse, et à la distance conseillée dans la notice. Je n'ai par contre pas pensé à faire de photo avec l'endoscope en place, ça sera pour une prochaine fois...

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On voit bien les crêtes permettant de maintenir les courroies en place avec la pression sur le bloc du rail linéaire, le dessin est parfait pour les LL-2GT de 6mm. L'ouverture au centre permet de maintenir les courroies en place lors de l'installation, elles seront ensuite coupés à raz.

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Mise en situation.

Finalisation du montage de la structure pour la prochaine fois.

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On termine la structure, ça commence à ressemble à une vraie imprimante 3D.

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Le haut de la structure est en place, les trois axes Z sont montés et alignés (ce qui n'était pas chose facile...), et le portique est en place. Il manque encore les renforts verticaux du portique (cf. premier message) que je n'ai toujours pas reçu.

RaOiv9Rl.jpg

La mise en place des courroies sera fait une fois le portique terminé. En attendant, toutes les poulies sont en place et bien alignés comme prévu. Le portique est également parfaitement aligné sans torsion de montage, comme prévu lors de la conception.

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Un des axes Z terminé, avec son système de déplacement vertical. Le point de fixation avec le portique est bien verrouillé en X et Y, et ne se déplace qu'en Z.

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Comme expliqué dans le premier message, la liaison entre la plaque de montage de l'axe Z et le portique devait initialement être fait via un ressort sous tension (similaire à un lit d'impression), mais après tests il s'avère que la liaison était trop souple. L'utilisation de deux rondelles larges à la place du ressort donne un portique bien plus rigide, tout en permettant au plan du portique de s'ajuster jusqu'à plus ou moins 3mm d'écart entre chaque axe au maximum, sans toutefois se tordre ni coincer le mécanisme, ce qui est largement suffisant pour l'ajustement nécessaire.

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L'axe X et ses deux poulies par côté.

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L'arrière du portique. Chaque poulie est montée sur une vis à épaulement et dispose d'un roulement, la rotation est libre mais il n'y a aucun jeu d'ajustement. La tension des courroies est faite en déplaçant le Nema17, qui dispose d'une poulie d'entrainement de 16 dents (avec une définition de 0.9°, ça devrait permettre une bonne résolution).

Plus de précisions sur la tête d'impression et l'axe X la prochaine fois.

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Et voilà le détail niveau tête d'impression.

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La tête d'impression avec l'élément chaud NF-Crazy, l'extrudeuse OMG v2 et le Nema17 de 23mm. Le lien entre le NF-Crazy et l'OMG est rigide (vissé en haut et en bas). L'OMG et l'extrudeuse prennent en sandwich la plaque de fixation, et le NF-Crazy est vissé sur cette même plaque de fixation.

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Le côté droit de la tête d'impression. On voit bien le petit aimant circulaire pour le capteur de fin de course, et la vis de fixation pour la partie soutenant les ventilateurs. On voit également la distance entre le bloc de chauffe et la plaque de support en plastique (Nylon SLS), qui devrait être suffisant pour qu'il n'y ai pas de soucis.

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Le côté gauche de la tête d'impression. Un peu sombre sur la photo, mais on voit quand même le chemin de câble qui débouche sur la chaîne porte-câbles et la seconde vis de fixation pour la partie soutenant les ventilateurs.

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Sur la partie droite de l'axe X on retrouve le support pour les deux capteurs de fin course X et Y à effet hall. Les deux capteurs ont un aimant juste en face, l'un sur la tête d'impression pour l'axe X et l'autre sur l'arrière du portique pour l'axe Y. Ce même support permet de connecter les chaines porte-câbles des axes X et Y.

Pour rappel, les deux modèles pour les supports entre les axes sont visibles en 3D ici:
Support XY
Support YZ

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L'amplitude de déplacement de la tête d'impression, ainsi qu'une vidéo de test de se déplacement. Les rails linéaires fonctionne parfaitement, le mouvement est très fluide et libre.

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Les photos que j'avais oublié de faire la fois précédente, avec l'endoscope en place. Pas grand chose à en dire, sinon qu'il est très léger car tout en plastique (il a l'air lourd mais ce n'est qu'une impression), il rentre parfaitement dans l'emplacement prévu et tombe pile en face de la buse d'impression. Et il est à la distance de la buse préconisé sur sa fiche produit. Reste à tester son fonctionnement sur le Raspberry Pi avant de le monter...

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En attendant de recevoir ce qu'il me manque pour pouvoir enfin terminer la structure, j'ai commencé le câblage.

D'abord la partie LEDs :

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Alimenté en 12V, contrôlé sans fil avec le gros bouton rotatif posé sur le lit d'impression. Je rappelle que l'imprimante sera dans une "tente" Creality, qui est recouverte de matière réfléchissante à l’intérieur, donc la lumière sera en plus réfléchie sur les parois.

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Une partie des LEDs sont directement sous l'axe X pour avoir une bonne illumination de l'endoscope.

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Les LEDs sont présentes sur les piliers avant, et le dessus à l'avant et sur les côtés. Deux bandes à chaque fois, orientés à 30° et 60° pour maximiser l'illumination. Un total de 6 mètres de bandes LEDs.

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Testé sur mon alimentation de labo, luminosité à fond on a une consommation de 1.6A sur le 12V, soit un poil sous les 20W.

ELNmqRtl.jpg

Le rendu avec la luminosité au minimum, malheureusement le téléphone compense et l'effet est largement atténué sur la photo, en vrai c'est vraiment sombre.

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J'en ai profité pour câbler correctement le dessous de la structure. Les trois Nema17 sont câblés, et les trois Precision Piezo Andromeda le sont également avec du câble blindé comme conseillé branchés sur le module Precision Piezo Universal PCB qui se charge de générer le signal de fin de course Z. Le SSR avec son radiateur ainsi que le module pour les LEDs sont également fixés sur la partie basse de la structure. Reste à câbler le portique et la tête d'impression, puis à souder tous les câbles sur les connecteurs GX16.

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Et j'ai également reçu tous les connecteurs et câbles GX16. Plus d'info sur le câblage entre l'imprimante et son boitier de contrôle :

1 - GX16 à 3 pôles, pour connecter le secteur (phase, neutre et terre) afin de pouvoir alimenter le lit chauffant à travers un SSR.

2 et 3 - GX16 à 4 pôles, pour connecter les deux éléments chauffants et leur capteur de température associés, pour le tête d'impression et la commande du lit chauffant. Les signaux des éléments chauffants sont en 24V, et les deux prises sont câblés de façon identique pour être certain qu'en cas d'inversion des prises je ne crame rien.

4, 5 et 6 - GX16 à 8 pôles, pour connecter les Nema17 deux à deux. Comme précédemment, câblage identique à chaque fois.

7 - GX16 à 10 pôles, pour connecter le reste. Masse, 5V et 12V. La commande du ventilateur de la tête d'impression et du modèle imprimé (qui est la masse commuté, l'autre câble étant sur le 12V). Et le signal des capteurs de fin de courses pour les axes X, Y et Z (en plus de la masse et 5V pour alimenter les circuits). Les LEDs sont connectés sur le 12V et la masse en direct. Il reste donc deux câbles sur dix non utilisés, pour de possibles futures évolutions comme par exemple un capteur de fin de filament si j'en ressent le besoin.

8 - USB type B, pour connecter la webcam endoscope sur le Raspberry Pi.

Pour ceux qui se demandent, les GX16 de 2 à 4 pôles ont des connecteurs et des câbles plus épais que le reste de la gamme (5 pôles et plus), et supporte un plus fort courant et une tension plus élevée. D'où l'utilisation de 3 et 4 pôles pour le secteur et les éléments chauffants (les plus fortes tensions et courants).

Voilà où j'en suis à l'heure actuelle. Les prochaines mises à jours devrait être plus espacés à partir de maintenant.

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Pas grand chose aujourd'hui, j'ai reçu les tiges un peu plus longues pour le support du lit d'impression, j'ai pu les mettre en place et inverser le sens des guides pour les mettre de façon plus logique.

Avant :

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Maintenant :

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J'ai du réaligner les trois fixations car il y a un petit jeu sur le montage du guide, une modification qui devait prendre 5 minutes s'est transformé en une galère d'une heure... mais c'est bon maintenant, c'est a nouveau parfaitement aligné et je ne devrais plus avoir besoin d'y toucher.

Vue globale du lit :

PxSZvTll.jpg

La suite quand je recevrai les prochaines pièces...

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  • 2 weeks later...

J'ai eu pas mal de boulot ces derniers jours, donc ça avance un peu au ralenti.

J'ai principalement commencé à modéliser le boitier externe de commande qui contiendra toute l'électronique, il y a pas mal de chose à y faire rentrer mais ça commence à prendre forme. En attendant j'ai quand même pu avancer un peu l'imprimante en elle même, notamment avec les courroies :

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Vue globale, ça commence franchement à ressembler à une imprimante 3D !

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Les courroies sont prises en sandwich entre le chariot du rail linéaire et la plaque de support de la tête d'impression dans des rainures prévues à cet effet, l'ouverture centrale permet de maintenir les courroies pendant la mise en place, puis elles sont coupés à raz. Je m'attendais à galérer un peu pour les mettre en place, en fait c'était ultra simple et fait en quelques minutes...

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Avec la tête d'impression. J'ai laissé de l'espace derrière le radiateur pour le flux d'air de refroidissement.

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Comme prévu, les courroies sont parfaitement parallèle aux mouvements des axes X et Y. J'ai bien pris en compte le diamètre des poulies avec l'épaisseur de la courroie dans mes positionnements, et ça tombe parfaitement en face.

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Le système de réglage de tension semble fonctionner correctement, les Nema17 ne bouge plus une fois les vis serrés (les petites imperfections d'usinage des rainures font que ça bloque bien la vis). Les poulies motrices sont bien enveloppés par la courroie, elle ne devrait pas sauter. J'ai pour l'instant tendu "au pif", à voir la procédure exacte avec une des applis qui utilise l'audio pour déterminer la tension parfaite quand j'aurai le temps de m'y pencher dessus.

J'ai bien évidemment fait joujou en bougeant les poulies manuellement, la tête d'impression se déplace bien en diagonale quand on ne fait tourner qu'un seul Nema17, sur l'axe X quand on fait tourner les deux dans le même sens, et sur l'axe Y quand on fait tourner les deux dans le sens opposé.

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Et j'ai finalement pu mettre en place les plaques de renfort verticales pour le portique sur les trois faces extérieurs. Elles sont maintenu tout du long avec des écrous glissants et des vis pour que le profilé aluminium ne se déforme pas. Je ne suis toujours pas certain qu'elles sont vraiment utiles car ça semblait plutôt rigide sans, mais autant assurer ses arrière en mettant en place directement tous les renforts possibles.

C'est tout pour le moment, la prochaine grande étape sera d'attaquer le câblage du portique, puis de souder tous les câbles aux prises GX16.

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L'équerrage de la barre des X par rapport aux Y (=racking) se règle aussi avec la tension des courroies sur une coreXY. C'est assez commode d'avoir une vis pour faire ce réglage. Bon cette imprimante est bien plus rigide que d'autres, tu n'auras peut-être pas ce soucis.

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il y a une heure, Nicojouan14 a dit :

Félicitations super boulot que tu fais là👍👍. Une conception mûrement réfléchi 👏👏.

J’adore le style dépouillé sobre de ton installation.J’ai hâte de voir les premiers mm de plastique fondre😂😂.

Merci, la conception a en effet mis un certain temps, avec de nombreux recommencement de zéro car ça ne me convenait pas.

Et il me tarde également de la voir enfin déposer des couches de plastique !

il y a 31 minutes, Tircown a dit :

L'équerrage de la barre des X par rapport aux Y (=racking) se règle aussi avec la tension des courroies sur une coreXY. C'est assez commode d'avoir une vis pour faire ce réglage. Bon cette imprimante est bien plus rigide que d'autres, tu n'auras peut-être pas ce soucis.

Je n'avais pas pensé que la tension des courroies avait un impact sur l'équerrage de l'axe X.

De ce que j'en voit à l'heure actuelle, il n'y a pas de jeu permettant un quelconque "flottement" de l'équerrage : l'alignement entre les deux chariots de rail linéaires de l'axe Y et le profilé alu de l'axe X est complètement rigide avec les vis bien serrées (quatre M3 niveau chariot et trois M5 niveau profilé alu), mais peut être est-ce une erreur d'avoir cette partie aussi rigide ?

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J'ai terminé la conception du boitier de contrôle pour l'imprimante. J'ai attaqué l'impression des éléments, j'ai déjà la plupart des éléments qui vont dedans, mais je suis encore en attente de certain donc la réalisation ne sera pas pour tout de suite.

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Le boitier est un cube de 225mm de côté, avec une partie coupé en angle pour l'écran en face avant. C'est la taille maximal que je suis capable d'imprimer sur mon Ender-5, donc c'était ma limite. Le boitier à également un rez-de-chaussé et deux étages internes pour y monter les éléments qui prennent de la place. Les différentes partie sont fixés entre elles via des vis directement prises dans le plastique, sont imprimés à 0.2mm, font 5mm l'épaisseur et remplis à 50% pour que ce soit solide. Les étages font 10mm d'épaisseur pour être certain que ça ne ploie pas du tout.

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Face avant :
- Ecran LCD Waveshare 7 pouces (capacitif, 1024x600 pixels) branché sur le Raspberry Pi.
- Bouton poussoir momentané et LED blanche POWER connecté au module d'alimentation du Raspberry Pi.
- Trois LED vertes pour un retour visuel des signaux endstop X, Y et Z.
- Deux LED bleus pour un retour visuel des commandes ventilateur de l'élément chauffant de la tête d'impression (Hotend) et de la pièce imprimé (Part).
- Deux LED rouges pour un retour visuel des commandes des éléments chauffants de la tête d'impression (Hotend) et du lit d'impression (Bed).
- Module de commande sans fil des bandeaux LED qui sont sur l'imprimante (accessible en face avant via un bouton rotatif/poussoir) avec un petit convertisseur 5V vers 3V pour remplacer la batterie CR2032. C'est le module qu'on aperçoit sur les photos de l'éclairage de l'imprimante.
- Prise USB3 de façade connecté au Raspberry Pi pour une éventuelle clef USB.
- Trois modules voltmètre/ampèremètre courant continu avec shunt externe pour monitorer le 5V, 12V et 24V.
- Module voltmètre/ampèremètre courant alternatif avec capteur de courant sans contact pour monitorer le secteur qui alimente le lit chauffant.

kcCZV9dl.png

Arrière :
- Ventilateur 120mm Noctua NF-S12A PWM pour refroidir tout le boitier. J'ai une grille de protection que j’intercalerai.
- Prise IEC C14 pour l'alimentation générale.
- Quatre disjoncteurs hydro-magnétiques (type Heinemann série JA/S) pour protéger les entrées des alimentations Meanwell (1A pour le 5V, 1A pour le 12V, 3A pour le 24V et 6A pour le lit chauffant). J'ai pris le calibre existant directement supérieur à la consommation sous 230V indiqué dans la datasheet des alimentations et du matelas chauffant.
- Prise RJ45 de façade connecté au Raspberry Pi.
- Sept borniers enfichable pour connecter les sept câbles allant vers l'imprimante (avec des nombre de pins correspondant identique aux connecteurs sur l'imprimante). Les borniers 3 et 4 pins sont en 5.08mm et supportent jusqu'à 15A, les autres sont en 3.81mm et supportent jusqu'à 8A.
- Prise USB2 de façade connectée au Raspberry Pi pour l'endoscope USB monté sur la tête d'impression.
- Prise d'alimentation jack 5.5x2.5mm pour fournir le 12V au déshumidificateur de filament ESUN (qui fait aussi balance pour peser les bobines et déterminer combien il reste de filament).
- Optionnel : la possibilité de mettre trois petit modules MOSFET pour amplifier le signal des endstops X, Y et Z dans le cas où ils ne peuvent pas alimenter directement les LED sur la face avant et la Duet3 6HC ensemble.

0Ybq7iYl.png

Rez-de-chaussé interne :
- Trois alimentations Meanwell : LRS-50-5 pour le 5V, LRS-75-12 pour le 12V et LRS-200-24 pour le 24V. La prise USB3 de la face avant passe sous l'alimentation 5V qui est légèrement sur-élevée.

AqOUwMSl.png

Premier étage interne :
- Duet3 6HC (modèle open-source de chez Fysetc).
- Raspberry Pi 4 4Go.
- Module de gestion d'alimentation Geekworm X735 pour le Raspberry Pi.
- Module de stockage Geekworm X857 pour le Raspberry Pi avec un SSD mSATA KingSpec de 128Go.
- Module de contrôle de ventilateur 12V PWM avec sonde de température connecté au Noctua. La sonde "pendra" juste au dessus des alimentations, ce qui permettra d'avoir une ventilation régulée en fonction de la température ambiante au niveau des alimentations.

fPjmF4Vl.png

Second étage interne :
- Cinq modules de relais 30A pour couper les 5V, 12V, 24V, ainsi que les neutre et phase pour le lit chauffant.
- Trois shunts sur le dessous pour mesurer le courant des 5V, 12V et 24V connecté aux modules voltmètre/ampèremètre de la face avant.

4rHJRiRl.png

Les deux étages sont pris dans des fentes sur les côtés. Les côtés ont également des fentes de ventilation en diagonal pour la prise d'aire (qui sera expulsé à l'arrière par le Noctua).

Quelques remarques globales :
- Les trois alimentations Meanwell seront allumés H24, elles ont un faible courant de standby et j'ai besoin de quelques alimentations permanentes.
- Les relais seront connectés en série avec les shunts et permettront de fournir des 5V, 12V et 24V après allumage, ainsi qu'un 230V après allumage pour le lit chauffant.
- La commande des modules de relais sera le 5V OUT du module d'alimentation du Raspberry Pi : les relais seront actifs quand le Raspberry Pi sera allumé, et inactifs quand il sera éteint (le module coupe l'alimentation du Raspberry Pi après avoir fait une extinction "propre", et la remet lors de l'allumage).
- Les bandeaux LED de l'imprimante et le module de commande sans fil intégré à la face avant seront alimenté en permanent (12V et 5V->3V) pour pouvoir allumer la lumière dans la tente d'impression même quand l'imprimante est éteinte (pour la maintenance principalement).
- Le module de gestion du ventilateur connecté au Noctua sera également alimenté en permanent (12V) et gèrera la vitesse du ventilateur à tout moment.
- Le module d'alimentation du Raspberry Pi sera alimenté en permanent (5V) car c'est lui qui gère l’allumage des relais et la génération des tensions après allumage.
- La Duet3 6HC sera alimenté avec un 5V externe qui sera le 5V après allumage, et sera connecté au Raspberry Pi avec la nappe SPI. Les 12V pour les ventilateurs et 24V pour les steppers et éléments chauffants seront également les tensions après allumage.
- Le lit chauffant sera alimenté avec le 230V après allumage en sortie de relais, et sera commuté avec la commande en 24V de la Duet3 via un SSR présent au niveau de l'imprimante.
- Les modules voltmètre/ampèremètre sur la face avant seront alimenté par les tensions après allumage (5V, 12V, 24V et 230V).
- La sortie d'alimentation 12V pour le déshumidificateur de filament ESUN sera après allumage.
- Les huit LED d'indication en façade fonctionneront avec la lumière passant au travers de l'inscription imprimée en blanc sur deux couches uniquement. Chaque voyant à un petit coffrage sur l'arrière avec un support pour une LED 5mm. C'est le même principe que sur les tableaux de bord des voitures et d'après mes tests ça fonctionne plutôt bien car le blanc reste assez transparent avec deux couches uniquement.
- J'ai opté pour de petits disjoncteurs à la place de fusible sans raison particulière si ce n'est la possibilité de réarmer facilement. Normalement ils devraient supporter le courant d'appel lors de l'allumage des alimentations Meanwell, si ce n'est pas le cas j'ai des porte fusible avec des fusibles en verre à mettre à la place...

La suite une prochaine fois.

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  • 2 weeks later...

Ça fait un petit moment depuis le dernier message, le projet est toujours en cours mais j'étais en attente de certaines pièces.

J'ai quasiment tout reçu, et le long weekend dernier j'ai pu bien avancer sur l'assemblage des différentes parties du boitier de commande, et la création des faisceaux de câbles (mesurer, couper, dénuder, sertir et souder les connecteurs, chauffer les gaines thermo, etc.) ce qui a pris des heures...

Ce soir j'ai enfin fait les premières connexions à blanc pour tester tout le circuit 230V, les trois alimentations et les voltmètres. J'ai chargé le 12V avec un "séchoir à filament" pour tester l'ampèremètre. Toute cette partie semble fonctionner correctement, c'est déjà une bonne chose.

BkRZ5LEl.jpg

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  • 3 weeks later...

Une fois de plus, le projet a du être mis de côté pendant plus longtemps que je ne l'envisageait initialement.

J'avais commencé à assembler mon boitier de commande, mais je me suis aperçu que la communication entre mon Raspberry Pi 4 et ma copie chinoise de Duet3 6HC ne se faisait pas... J'ai essayé tout ce que je pouvais pour résoudre le soucis, à savoir :

  • Mettre à jour le firmware sur la Duet avec l'utilitaire BOSSA, le logiciel arrive à écrire le firmware et à le vérifier sans soucis, j'ai essayé plusieurs versions mais aucune communication,
  • Mettre à jour le système d'opération DuetPi avec la dernière version en ligne, vérifier que le SPI est bien activé, mais aucune communication,
  • Essayer sans les modules additionnels du Raspberry Pi au cas où le soucis viendrait de là, mais aucune communication,
  • Vérifier qu'électriquement les pins communiquent bien entre la Duet et le Raspberry Pi avec un testeur de continuité, j'ai une bonne connexion sur les bonnes pins, mais aucune communication,
  • Dans le doute j'ai même essayé avec des câbles Dupont volants entre les deux cartes, mais aucune communication,
  • Essayer un autre Raspberry Pi que j'ai à la maison, un modèle 3 ce coup ci, mais aucune communication,
  • Essayer différent arrangements d'alimentation (indépendante sur les deux, Raspberry Pi alimente les deux, Duet alimente les deux), mais toujours aucune communication...

Bref, je me suis résigné à déclarer cette copie chinoise de Duet défectueuse, et à commander une Duet3 6HC officielle chez un des revendeurs agréés.

Une semaine et 260€ plus tard, me voilà avec la fameuse carte bleu entre les mains. Je la branche comme je l'avais fait initialement et miracle (ou pas en fait) ça fonctionne du premier coup ! Ça m'apprendra à prendre une copie en espérant faire des économies...

Petit banc d’essais avant de me risquer à réassembler le boitier de commande.

SyI6PIKl.jpg

Q5YvWg4l.jpg

CujfNsql.jpg

MGuaN64l.jpg

Du coup j'ai effectué tous les réglages systèmes (hors paramétrage de l'imprimante que je ferai une fois tout branché) :

  • Installer DuetPi sur le module SSD 128Go branché en USB3, donc aucune carte SD n'est utilisé (ni dans la Duet3, ni dans le Raspberry Pi 4),
  • Installer les scripts pour le module d'alimentation et la gestion du ventilateur en fonction de la température du Raspberry Pi, et vérification du bon fonctionnement,
  • Installer uStreamer et vérifier que la caméra endoscope qui sera sur la tête d'impression fonctionne bien,
  • Divers petits détails comme cacher le curseur, mettre tout ce qu'il faut dans des scripts de démarrage, etc.

JO6QBhJl.jpg

Bref, c'est reparti. La suite très prochainement je l'espère.

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Ça a un peu avancé cette semaine, j'ai terminé l'assemblage du boitier de commande.

Quelques photos des différents éléments avant assemblage. Je ne rentrerai pas dans le détail, tout est expliqué trois messages au dessus :

nV6gfRsl.jpg

L'étage du bas avec les trois alimentations et l'USB 3 pour la face avant.

L'étage du milieu est celui avec la Duet3 6HC et le Raspberry Pi 4 montré dans le message précédent. Rien de nouveau à part le fait que j'ai tourné la Duet3 de 180° pour ne plus avoir la nappe sur le dessus : elle est maintenant proprement pliée sous la Duet3 ce qui fait beaucoup plus propre. Je n'ai pas refait de photo avant de faire le montage.

TcMe6zil.jpg

bHb77Zql.jpg

L'étage du haut avec les relais 30A sur le dessus, et en dessous les shunts pour les ampèremètres. Les gros câbles principaux d'alimentation sont en 12AWG.

6zp2RAKl.jpg

1sYi1U2l.jpg

L4NIzWHl.jpg

L'arrière, avec toutes les connectiques, les disjoncteurs, le ventilateur, et les trois MOSFET qui amplifient les signaux venant des modules de capteurs de fin de course (afin d'avoir assez de jus pour les LEDs en façade, câblés sachant que X et Y détectent en niveau haut, et Z en niveau bas). Les fils basse tension fins sont en 26AWG et les plus épais en 18AWG. Les fils secteurs sont en 1.5mm².

gozMv6Al.jpg

xy6aRcIl.jpg

La face avant, avec l'interrupteur pour le module d'alimentation du Raspberry Pi, toutes les LEDs derrière des voyants, les voltmètres/ampèremètres, et le circuit de commande des bandeaux LEDs de l'imprimante (avec son convertisseur 5V -> 3V). L'impression au niveau de la couche de blanc pour les voyant n'est pas parfaite, l'impression bi-couleur sur l'Ender-5 n'est pas mon fort, mais ça rend plutôt bien quand même.

xE0TUgFl.jpg

XCY1DDcl.jpg

asJaBNyl.jpg

C'est un peu le fouillis niveau câbles, j'en ai fait certains un peu plus long que nécessaire pour faciliter l'assemblage. Mais tout rentre et l'air circule, c'est l'essentiel. La Duet3 est entièrement câblée, tout arrive comme il faut sur les connectiques à l'arrière.

RhmkaW8l.jpg

bY4wt6vl.jpg

OZshiu0l.jpg

Photos une fois le tout assemblé. Le flash fait ressortir tous les défaut de la première couche, heureusement en vrai c'est bien moins visible. Tout s'assemble parfaitement, même si il a fallu pousser un peu par moment...

7MuiSI4l.jpg

Et allumé. Seul le voyant d'allumage est illuminé ici, je ferai des photos avec les autres voyants une prochaine fois. Pour l'instant rien ne tire sur le 12V (enfin il y a le ventilateur qui tourne à minima à 20% via PWM, mais moins de 100mA de consommation du coup), et seule la Duet3 en standby tire sur le 24V.

ri6m2Fpl.jpg

4ozoAO1l.jpg

iph6R2al.jpg

Et finalement, les deux webcam qui serviront à monitorer l'imprimante. Un endoscope qui sera en ligne directe sur la buse d'impression, et un grand angle qui sera monté en haut de l'imprimante au niveau d'un angle pour une vision plus générale. Branché via un tout petit hub sur le port USB à l'arrière.

Le système Duet Web Control ne permet d'afficher qu'une seule camera, donc j'ai recomposé une image de webcam virtuelle (avec v4l2loopback et ffmpeg) pour afficher en une fois l'image des deux caméras, redimensionnées et tronquées afin d'avoir quelque chose de lisible sur l'écran du boitier de commande. Le process prend en permanence entre 50% et 70% d'un core du Raspberry Pi 4 (sur 4 cores disponibles), c'est pas rien mais ça ne devrait pas poser de problème lors de l'impression.

C'est tout pour le moment.

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  • 1 year later...

Petit avancement sur le projet, après un hiatus bien trop long suite à de gros changements dans ma vie.

J'ai profité de mes quelques jours de congés pour enfin m'y remettre, ce qui n'était pas chose facile car ayant égaré toutes mes notes manuscrite, j'ai dû rétro-ingéniéré tout ce que j'avais déjà fait sur la partie électronique dans le boitier de commande pour faire tout le câblage de la structure de l'imprimante.

J'ai donc :
passé tous les câbles dans les chemins de câbles sur les axes X, Y et Z,
- soudé tous les connecteurs GX16 et fait les câbles correspondants,
- et fait un petit circuit de connexion électrique rapide pour la tête d'impression.

 

La structure câblée :

PQAKCb2l.jpg

QOM9t4nl.jpg

NtXqFufl.jpg

et avec la future surface d'impression posée sur le lit (flex-plate aimantée, j'ai pas encore enlevée le film protecteur) :

HBur77yl.jpg

 

La tête d'impression :

g0qzgx6l.jpg

t9yQyp9l.jpg

avec le circuit de (de)connexion électrique rapide :

wZiugl0l.jpg

 

Les dessous du câblage :

17iAtzbl.jpg

jQ2qMkzl.jpg

o8tjqu9l.jpg

 

La vue des deux caméras (structure et tête d'impression) au niveau de l'interface de commande :

x0uNBkhl.jpg

 

Normalement tout est monté mécaniquement et électroniquement, reste à tout configurer logiciellement et valider que tout fonctionne.

La suite au prochain épisode, dans pas trop longtemps j'espère !

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Du beau travail, bien agencé.

En attente de la suite

🙂

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J'ai pu avancer sur la configuration de l'imprimante ce weekend, ce qui est finalement très simple sur RepRapFirmware :

  • La partie CoreXY fonctionne très bien, j'ai les bons déplacements aux bons endroits, aucun jeu d'équerrage. La buse d'impression atteint l'intégralité du lit, j'ai bien mes 400x400mm utilisables. Les capteurs de fin course a effet Hall sont très précis.
  • Les trois axes Z fonctionnent également très bien, et les capteurs piezo au niveau du bed sont très réactifs. Le nivelage automatique du portique fonctionne aussi très bien en venant aligner le plan du portique à celui du lit via 3 touches légers de la buse sur le lit.
  • Le lit chauffant fonctionne très bien, et je ne note pas de déformation significative en chauffe.
  • La tête d'impression chauffe bien et garde bien sa température, et les ventilateurs soufflent correctement.
  • L'extrudeur pousse bien le filament et ça sort au niveau de la buse sans soucis.

Tous ces éléments fonctionnent correctement en testant chacun séparément.

 

MAIS, j'ai un gros soucis de conception : contrairement à ce que j'avais supposé, le nivelage du portique sur 3 axes uniquement n'est en fait pas suffisant ! Même avec un portique aussi rigide...

J'ai un léger ballotage du portique au fond (là où il n'est maintenu qu'au milieu) qui fait que les angles gauche/droite ne gardent pas leur hauteur stable. J'ai un déplacement de +- 0.3mm environ sur le Z entre les deux coins du fond du lit et la buse d'impression. Et cet écart ne reste pas fixe, il évolue et ne peux donc pas être compensé logiciellement...

La seule solution que je vois serait de rajouter un axe Z au fond. Ce qui implique de :

  • Racheter tout le nécessaire pour l'axe (guides linéaires, vis mère, supports, moteur pas à pas, coupleur).
  • Refaire des pièces sur mesure pour la liaison avec le portique (donc un nouveau passage prise de tête sous Solidworks, et refaire des découpes).
  • Rajouter un axe de moteur sur la Duet 6HC, via une extension 1HCL probablement, et trouver le moyen de la faire tenir dans le boitier de commande (en réimprimant un des étage et le panneau arrière).
  • Et refaire une partie du câblage (autant dans le boitier de commande que sur l'imprimante...).

Bref, le projet est pour le moment à nouveau au point mort, et j'ai un peu les boules.

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il y a 42 minutes, ZeblodS a dit :

La seule solution que je vois serait de rajouter un axe Z au fond

vu que ce n'est "qu'un problème" de guidage tu peux essayer de juste écarter les guides linéaires du fond, ce qui limiterai les modifications et permettrait de vérifier si ça réduit suffisamment le déplacement du portique.

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Il y a 1 heure, Savate a dit :

vu que ce n'est "qu'un problème" de guidage tu peux essayer de juste écarter les guides linéaires du fond, ce qui limiterai les modifications et permettrait de vérifier si ça réduit suffisamment le déplacement du portique.

Je ne pense pas que ça résolve le problème, car ce n'est pas la plaque au niveau des guides linéaires / écrou de vis mère qui se déforme, mais bien le portique en U qui lui n'est fixé qu'a trois points (pour permettre l'ajustement de plan) qui se déforme / tords car il n'est malgré tout pas suffisamment rigide dans les coins.

Vidéo illustrant le soucis.

Pour avoir autant de débattement il faut quand même forcé un peu, mais il y a facilement un débattement de quelques dixièmes de millimètre en utilisation normal, ce qui suffit à ruiner la mise à niveau...

lYg6QNll.jpg

J'ai rigidifié autant que possible le portique, mais il y trop de "porte-à-faux" dans les coins à l'arrière, et pourtant la liaison entre le portique et les trois plaque des axes est aussi rigide que possible avec un gros écrou bien serré et deux rondelles intercalés pour laisser la possibilité d'ajuster légèrement le plan du portique par rapport à la structure de l'imprimante. Exemple de ces liaisons :

X4gMZ62l.jpg

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Tu devrais regarder du coté de la fonction quad gantry levelling du firmware Klipper. La Voron V2 l'utilise par exemple. En bref avec 1 moteur dans chaque coin branchés indépendamment et une sonde sur la tête, l'imprimante palpe chaque coin du plateau et ajuste la hauteur pour rendre les 4 coins de la gantry coplanaires et parallèles au plateau.

On le voit en action rapidement dans cette vidéo: https://youtu.be/nik-HCeOSB8?t=1048

Modifié (le) par Tircown
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il y a une heure, Tircown a dit :

Tu devrais regarder du coté de la fonction quad gantry levelling du firmware Klipper. La Voron V2 l'utilise par exemple. En bref avec 1 moteur dans chaque coin branchés indépendamment et une sonde sur la tête, l'imprimante palpe chaque coin du plateau et ajuste la hauteur pour rendre les 4 coins de la gantry coplanaires et parallèles au plateau.

On le voit en action rapidement dans cette vidéo: https://youtu.be/nik-HCeOSB8?t=1048

Oui j'avais déjà vu le fonctionnement de la Voron, mais j'avais supposé ne pas avoir besoin de 4 axes Z en renforçant le portique et donc ne pas avoir de torsion a devoir corriger, j'ai eu tort.

A priori la Duet avec RepRapFirmware permet également de faire l'alignement de plan avec 4 axes Z en corrigeant également la torsion https://docs.duet3d.com/User_manual/Connecting_hardware/Z_probe_auto_levelling

Citation

You must have a bed or gantry that is raised/lowered by two, three or four leadscrews or similar, where each one is driven by its own Z motor

You must have a bed probe that can probe at points near the Z leadscrews.

Citation

If you have two Z motors, the calibration process adjusts the bed tilt along a line between the two leadscrew positions, on the assumption that the tilt at right angles to this will not change. With three motors, it adjusts the tilt in both directions. With four motors, it adjusts the tilt in both directions and also the twist. You should not use 4 leadscrews with a bed that is rigid enough to resist twisting strongly.

Donc je pense que je ne couperai pas au besoin d'ajouter un quatrième axe Z, mais il faut que je regarde comment le faire sur ce qui est déjà existant en limitant au maximum les modifications. Je n'ai pas envie de tout démonter...

Modifié (le) par ZeblodS
Reformulation
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