Machine de filtration de l'IPA avec réacteur à UV et filtres micrométriques

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Je ne crois pas avoir encore vu de réplication en dehors des USA de l'ingénieuse machine de Nick Wilson, que cet Américain a inventé en 2023 et présenté entre autres sur Reddit et sur YouTube :

 

Je vais donc traduire ici en français le post que j'ai moi-même publié aujourd'hui sur Reddit à propos de (sauf erreur) la première version européenne – en tout cas française – présentée publiquement de sa machine, que je suis en train de réaliser dans mon atelier. Il y a en effet quelque subtilités par rapport à l'originale : la tension du secteur (il utilise une pompe 120VAC et des boîtiers de filtre introuvables de ce côté-ci de l'Atlantique, j'ai donc adapté avec du local). Il y a ainsi trois différences principales par rapport à la machine de Wilson. Ma version a les caractéristiques suivantes :

1. Très faible encombrement
2. Équipement spécifiquement européen
3. Réacteur à UV plus gros et plus puissant
4. Pièces custom additionnelles imprimées en 3D (FDM) en rapport avec les points (1) (2) et (3)

Mais avant toute chose, je vais répondre tout de suite aux deux principales questions que vous vous posez sans doute :

Quel est le but et le fonctionnement de cette machine ? 

La machine de filtration de l'IPA permet, comme son nom l'indique, de filtrer et de recycler l'IPA (alcool isopropylique 99%, également appelé isopropanol, comme vous le savez déjà sûrement) ayant servi au nettoyage de la résine non polymérisée recouvrant les pièces sortant fraîchement d'une imprimante 3D SLA/MSLA. Habituellement, cet IPA se retrouve rapidement souillé par la résine liquide en suspension qui l'opacifie et le rend moins efficace – jusqu'à sa totale perte d'efficacité. Il faut alors le jeter (en déchèterie, car la résine est toxique notamment pour la vie aquatique) et le remplacer par de l'IPA neuf, ce qui est compliqué et assez onéreux à la longue. 

Jusqu'ici, alternativement à cette nouvelle méthode, certaines personnes tentent généralement de séparer l'IPA clair de l'IPA souillé en forçant la polymérisation et la précipitation de la résine en suspension en laissant le bac de wash en plein soleil, ce qui forme en effet une sorte de blob gélatineux informe qu'on peut tenter de filtrer avec plus ou moins d'efficacité en transvasant le contenu d'un bac à l'autre, ou en aspirant le volume clair d'IPA en surface. D'autres utilisent du flocculant pour piscine, qui provoque la même chose plus rapidement, mais qui a l'autre inconvénient de souiller la résine par des sels d'aluminium.

Le fonctionnement de la machine : une pompe à diaphragme (synonyme : à membrane) aspire l'IPA souillé depuis le bac de wash, via des tubes souples en silicone transparent – ne pas utiliser de PVC, qui craquelle au contact prolongé avec l'IPA ! On peut utiliser alternativement des tubes transparents en PTFE, mais ce matériau est plus rigide que le silicone et il y a un doute quant à sa transparence vis-à-vis des UV (selon les versions). Les UV, mais quel rapport ? J'en viens au second dispositif de la machine : la pompe envoie l'IPA souillé dans un "réacteur toroïdal" qui consiste tout simplement en une bobine faite du tube de silicone faisant 5 tours sur lui-même (tout en bas dans l'image jointe). Cette bobine toroïdale est elle-même entièrement enveloppée par un serpentin de rubans à LED UV qui en font tout le tour de manière hélicoïdale. J'ai oublié de préciser que dans ma version, contrairement à celle de Wilson, la pompe fonctionne en basse tension (sous 12VDC, tension ce que je trouve plus sécuritaire quand on joue avec du liquide) de même que les deux rubans LED (à la même tension): tout cela est raccordé en parallèle à la même alimentation de 12VDC en sortie fonctionnant en entrée sur secteur à notre tension européenne de 230VAC. La lumière UV aide la résine en suspension liquide passant dans le réacteur à polymériser et à précipiter. En sortant du réacteur, l'IPA est toujours souillé par la résine, mais celle-ci est désormais partiellement polymérisée, même si toujours en suspension colloïdale. Le liquide déboule dans un premier filtre micrométrique (1 micron) qui capte les plus gros morceaux, puis passe dans un second filtre (0,5 micron) qui capte les morceaux les plus petits. L'IPA ressort de ce second filtre (à gauche dans l'image) et retourne dans le bac de wash. On laisse la machine tourner ainsi en boucle pendant une vingtaine de minutes (la résine passe donc plusieurs fois dans le réacteur à chaque "tour", jusqu'à être progressivement captée dans sa quasi totalité par les filtres) : l'IPA initialement souillé et opaque dans le bac redevient propre et clair au bout de quelques minutes !

 

Inconvénients vs avantages

L'inconvénient majeur est le prix de la machine : 250 euros TTC environ, sans compter le meuble autour. C'est du DIY, il faut donc aussi la monter soi-même bien évidemment, mais cela n'est pas bien compliqué. Enfin, l'ensemble prend une certaine place (même si comme le verra ci-dessous, j'ai optimisé l'encombrement au maximum).
Le coût principal provient de la pompe (60€) suivi des porte-filtres (40€) et des LED (25€) et enfin des raccords passthru de part et d'autre du couvercle de la wash (20€). En se passant de ces derniers, de l'interrupteur connecté, et en choisissant une source UV avec deux fois moins de LED (ou un seul ruban au lieu de deux), on peut déjà économiser 50 euros ou davantage.

Ça peut paraître cher pour certains, mais ça ne l'est pas. En faisant le calcul en tenant compte du coût au litre de l'isopropanol (ici je prends pour l'exemple un bac de wash contenant 10 litres d'IPA), on se rend vite compte que la machine est amortie au bout de seulement quatre aller-retour en déchetterie ! Qu'on ne fait donc plus. Et on est gagnant par la suite.
Un filtre PP cylindrique de 10"×2.5" à remplacer, c'est grosso modo 2€ seulement à l'unité sur AliExpress. Encore moins cher si vous les achetez en volume. Du fait de leur caractéristique solide, de leur taille et de leur poids réduits, ils sont aussi beaucoup plus simples à aller jeter en déchetterie, par rapport à un bidon de 10 litres d'alcool !

Concernant la fréquence de remplacement de ces filtres, je n'ai pas encore de réponse quantitative. Mais Nick Wilson indique avoir passé plusieurs kilos de résine dans sa machine sans que ses filtres ne montrent la moindre faiblesse. C'est donc efficace et bien pensé.
[EDIT: Nick Wilson vient de me confirmer que depuis un an, il a passé plus de 20 kg de pièces en résine dans sa machine et qu'il n'a toujours pas eu à changer un seul filtre !]

Un autre avantage à ce propos, c'est que la machine indique d'elle-même quand les filtres doivent être remplacés ! Car la pompe est limitée à une pression de 45psi. Lorsque les filtres sont saturés, la pompe ne parvient plus à pousser l'IPA à travers la tuyauterie, la pression dans les tubes grimpe jusqu'à la valeur-seuil, et la pompe se met en sécurité et s'arrête. C'est le moment où l'on sait qu'il faut changer les filtres. Quand je vous dis que cette machine est ingénieuse ! On comprend qu'il est important de ne pas choisir une pompe à haute pression, au risque de ne pas avoir cette sécurité et cet indicateur, et voir sa machine exploser et en foutre partout…

 

BOM (nomenclature)

• 5 mètres de tube silicone souple transparent, section 12×18mm [AliExpress]
• 1× pompe à diaphragme VEVOR 12VDC ref. DPHC-T42 (45PSI) [directement sur le site Vevor FR]
• 2× ruban à LED UV de 5 mètres, 120 LED par mètre, 12VDC, waterproof (à enrouler en serpentin hélicoïdal autour de 3,20 m de tube silicone clipsé circulairement dans le support de réacteur à UV dédié, imprimé en 3D. J'ai calculé la section et le diamètre de ce tore en silicone précisément pour que la bande de LED UV de 2×5 mètres s'adapte autour de manière parfaitement jointive au niveau du col intérieur (au poil de c.. près © Isidon) [AliExpress]
• 2× porte-filtres EIGER 10" à raccords femelle ½" BSPP en laiton [Amazon]
• 1× filtre PP de 10", maille 1 micron [Amazon ou AliExpress]
• 1× filtre PP de 10", maille 0,5 micron [Amazon ou AliExpress]
• 1× mamelon MM ½" BSPP en laiton (pour raccorder les deux porte-filtres entre eux – attention, bien des mamelons ont un filetage trop court de part et d'autre ! Non seulement l'étanchéité est alors mal assurée, mais si vous prenez un mamelon court, les deux porte-filtres seront vissés de manière si rapprochée que vous ne pourrez plus visser ou dévisser leur capot… [Amazon ou AliExpress]  
• 4× raccords coudés barbés vers ½" BSPP en laiton (2× mâles pour les porte-filtres et 2× femelles pour la pompe) [AliExpress]
• 2× raccords "bulkhead couplings" en acier inox ½" NPT, munis de joints plats (ce sont les raccords qui s'adapteront sur le capot de votre wash et y resteront à demeure) [AliExpress]
• 2× paires de raccords rapides MF prévus pour le brassage de la bière (homebrew) barbé vers ½" NPT (pour raccorder ou détacher puis déplacer facilement le grand bac de l'Anycubic Wash & Cure 3 Plus) [AliExpress]
• 6× collier de serrage en acier inoxydable avec attache à vis [AliExpress ou GSB]
• 1× ruban PTFE de plomberie [AliExpress ou GSB]
• 1× cale custom imprimée en 3D permettant de fixer la pompe à cheval sur l'un des supports de porte-filtre (obligatoire pour que l'ensemble de l'équipement puisse être casé dans la hauteur impartie)
• 1× alimentation 240VAC vers 12VDC de 300W [AliExpress]
• 1× module Sonoff MINIR4M compatible avec le protocole Matter [Amazon ou AliExpress]
• 1 mètre supplémentaire de tuyau en silicone transparent un peu plus fin (section 12×14 mm) est nécessaire pour l'intérieur du bac de wash [AliExpress]
• Des vis à bois adaptées

Tout cet équipement est fixé à une tablette verticale en bois située en arrière-plan (étagère IKEA UTRUSTA ref. 102.056.09) facilement amovible grâce à deux poignées (IKEA GUBBARP ref. 003.364.32) placées de chaque côté, et du fait qu'elle est fixée au panneau arrière du meuble étroit IKEA METOD (ref. 302.056.32) à l'aide de 2 crochets personnalisés imprimés en 3D et vissés dans la partie supérieure arrière de la tablette. Tout (y compris le grand bac de wash) tient à l'intérieur de cette armoire étroite au millimètre près avec la porte fermée.

 

Mentions complémentaires et SÉCURITÉ

Les raccord en "passage de paroi" (bulkhead couplings) associés aux raccords rapides de type homebrew ne sont pas obligatoires mais ils apportent de la praticité d'une part, et de la sécurité d'autre part. En effet, ils permettent de maintenir le couvercle du bac de wash hermétiquement fermé pendant tout le fonctionnement de la machine (empêchant toute vapeur d'IPA de sortir et d'atteindre les composants électriques - CE POINT EST EXTRÊMEMENT IMPORTANT. Le seul risque dans ce système, c'est que des vapeurs concentrées d'IPA entrent en contact avec des pièces sous tension à proximité, et s'enflamment. Il n'y a aucun risque à l'intérieur de la machine elle-même, car la pompe est équipée d'une membrane en santoprène (un matériau adaptée à l'IPA, de même que tous les autres matériaux en contact dans la boucle avec ce liquide). Il n'y a pas d'oxygène sous forme gazeuse dans le circuit. Le seul risque, encore une fois, est de laisser des vapeurs d'IPA se concentrer dans l'air à l'intérieur du meuble. On ne travaille donc jamais avec le bac de wash ouvert, et tous les raccords doivent être étanches. J'espère que j'ai été assez clair là dessus.

Autre point sécuritaire pour les gens distraits comme moi : lorsque le bac de wash n'est PAS dans ce placard, le raccord mâle en sortie du porte-filtre peut s'accoupler avec le raccord femelle en entrée de pompe de sorte que, dans un moment d'inattention, si quelqu'un appuie accidentellement sur le bouton d'alimentation de la machine, l'IPA se met simplement à circuler en boucle fermée sans se répandre partout et provoquer un dégât des eaux (résineuses, qui plus est…).

Dans la seconde image, on voit l'alimentation externe (non étanche) TRAYTON 300W 12VDC + boîtier imprimé en 3D pour Sonoff MINIR4M, qui alimente la machine dans le placard (en arrière-plan) en appuyant sur le bouton jaune et l'arrête, soit automatiquement après un cycle de filtration de 20 minutes, soit manuellement en appuyant une seconde fois à n'importe quel moment pendant ce cycle.

Lorsque tout fonctionnera sans problème (j'attends toujours ma Saturn 4 Ultra...) je posterai sur Printables  les fichiers STL custom de la cale de pompe, des deux crochets du panneau arrière, du support du réacteur à UV, et du boîtier pour le module Sonoff.

 

N.B. : Je n'inscris pas de liens AliExpress directs dans ma BOM car les Chinois changent sans cesse leurs prix et suppriment leurs pages-produits pour les recréer immédiatement (ou pas) avec une nouvelle URL, quand il ne s'agit pas de leur boutique entière – insupportable et pas du tout fiable pour un post destiné à rester informatif sur le long terme. Par conséquent je refuse de donner des conseils pointant vers des liens morts, ce qui arriverait certainement bien vite, et je n'aurai pas le loisir de maintenir des liens fonctionnels en jouant en permanence au jeu du chat et de la souris avec les Chinois. Il vous faudra creuser cela par vous-même et trouver la bonne offre sur cette plate-forme schizo au bon moment. Pas de souci en revanche pour m'envoyer un MP afin de connaître mes propres liens utilisés encore fonctionnels aux alentours de la date de la présente publication (fin juin 2024).

 

Modifié (le) Juin 26, 2024 par flux_capacitor