Author: Armel72230

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Quand on pense électronique, on pense tout de suite à « circuits imprimés » et à la manière d’en réaliser soi-même.

La première méthode qui vient à l’esprit nécessite du matériel spécifique et l’utilisation de produits chimiques  : plaques photosensibles que l’on va insoler à travers un masque représentant le circuit à obtenir, nettoyage de ces plaques, puis utilisation d’un bain chimique pour « dissoudre » le cuivre non protégé. C’est une méthode efficace, précise, mais qui demande un investissement initial, un peu de place et un évier tout proche (sans parler des protections nécessaires).

Lorsque l’on va avoir besoin d’un circuit simple, on va pouvoir faire appel à ce que l’on appel « la gravure anglaise ». Ici, tout se fait par simple usinage d’une plaque cuivrée, avec comme objectif les pistes le plus large possible afin d’enlever le minimum de cuivre. Ce qui était à l’origine fait manuellement avec une petite meuleuse portative peut maintenant être assez facilement réalisé avec votre machine CNC (celle que vous possédez déjà, ou que vous aurez envie d’acheter après avoir lu cet article).

La méthodologie

La méthode sera toujours la même :

• vous concevez votre circuit à l’aide de n’importe quel outil de conception. Vous en trouverez pléthore sur la toile (des simples, des compliqués, des gratuits, des payants),
• vous générez à minima 2 fichiers : un pour le circuit et un pour le perçage,
• vous utilisez ces 2 fichiers dans un outil spécifique pour mettre générer un fichier utilisable sur votre machine CNC,
• vous usiner votre circuit !

Sans trop rentrer dans les détails de l’utilisation des différents outils (il y a des tonnes de tutos), je vais juste réaliser un circuit de A à Z en suivant cette méthodologie pour vous démontrer la faisabilité de ces opérations.

La conception du circuit

J’ai choisi d’utiliser dans cette étape le logiciel KiCad pour différentes raisons :

• c’est un logiciel gratuit et Open Source,
• il est relativement simple d’utilisation,
• il dispose de nombreuses librairies de composants,
• il est capable de générer une représentation 3D du circuit, avec les composants, importable directement dans FreeCAD. Ceci permet de prévoir l’intégration du montage dans une conception mécanique.

La démarche dans KiCad consiste à concevoir le schéma électronique, à attribuer à sa chaque composant son boitier. Une fois cette étape réalisée, on génère semi-automatiquement le circuit imprimé (taille, forme, placement des composants, routage des pistes). Vous trouverez facilement des tutos adaptés à vos besoins.

Et comme le but n’est pas ici de vous apprendre à utiliser KiCAD, je partirais pour l’exemple de ce circuit plutôt inutile : un connecteur, une résistance et une Led.

La conception traditionnelle du circuit donnerait quelque chose comme ci-après.

A ce stade, que vous souhaitiez faire sous-traiter le circuit, ou que vous le fassiez vous même en gravure anglaise, il va falloir générer les fichiers nécessaires, à savoir :

• un fichier par face cuivrée,
• un fichier pour le détourage du circuit,
• un fichier pour le plan de perçage

La génération des fichiers en sortie de KiCAD

KiCAD permet nativement la génération des fichiers nécessaires, au travers de son menu Tracer.

Il suffit de sélectionner les couches souhaitées (ici une couche Cu et la couche Cuts pour le détourage) et de lancer le Tracer. KiCAD propose aussi de créer le fichier de perçage.

Une fois ces opérations réalisées, on va pouvoir passer à l’étape de génération du fichier Gcode, utilisable par la CNC.

Génération du fichier GCode

A ce jour, je n’ai trouvé qu’un seul outil open source permettant de générer les fichiers nécessaire au pilote d’un CNC : le logiciel FlatCAM !

Vous trouverez pour lui aussi de nombreux tutos. Je donne donc juste ici les grandes lignes des opérations à réaliser :

• on importe les fichiers générés à l’aide de KiCAD,
• on effectue un miroir des différentes couches (il ne faut pas oublier que l’on grave la couche opposée du circuit),
• on génère des chemins d’usinage, en fonction des caractéristiques de l’outil que l’on va choisie,
• on exporte le(s) fichier(s) généré(s) en GCode.

Les opérations en images …

 

à suivre …

 

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Présentation

Une lithophanie présente une image en trois dimensions qui ne peut être vue clairement que rétro-éclairée par une source de lumière. Les images modifient leurs caractéristiques en fonction de la source lumineuse derrière elles. Les scènes du panneau d’une lithophanie fixée à une fenêtre changent tout au long de la journée, selon la quantité de lumière du soleil. La source de lumière variable est ce qui rend les lithophanies plus intéressantes pour l’observateur que les images en deux dimensions.
Si l’origine de la lithophanie est sans doute la manufacture royale de Prusse, c’est au baron Paul de Bourgoing qu’est attribuée cette invention. C’est lui qui fait breveter, pour quinze ans, en 1827, une invention « pour des procédés de lithophanie ».
Aujourd’hui, grâce aux imprimantes 3D ,le procédé a été remis au goût du jour. Il existe maintenant des programmes, souvent utilisables directement en ligne, qui vont permettre de générer très facilement des lithophanies à partir d’une image.

Il va simplement falloir téléverser son image, choisie diverses options (la taille, la forme,  le rendu final) et à générer un fichier imprimable.

Petit tuto : la réalisation d’un Porte-clés

Pour ce petit tuto, je vais choisir de générer un simple porte-clés, qui dévoilera son image lorsqu’il sera exposé à la lumière.

Comme indiqué ci-dessus, les étapes seront très réduites :

• choix de l’image,
• Utilisation d’un outil en ligne pour générer le fichier contenant la lithophanie,
• Reprise de ce fichier pour en faire un porte-clés,
• Impression.

Le choix de l’image

Il faut garder à l’esprit que le résultat final va dépendre des caractéristiques initiales de l’image. Une image bien contrastée, mettant en valeur le sujet principal donnera un meilleur rendu qu’une image sans contraste et sans sujet principal.
Remarque : Partir d’une image en couleur ou en noir et blanc sera sans réelle importance, le logiciel effectuant un traitement préalable.

Pour mon exemple, je vais partir d’une photo montrant 2 chats.

Génération de la Lithophanie

Il y a différentes possibilités : utilisation d’un outil en ligne, utilisation directe d’un slicer (mais pas tous), utilisation d’un plugin pour Photoshop (si vous disposez de photoshop), etc.

Pour faire simple, et utilisable par tout le monde, je vais utiliser une application en ligne disponible à cette adresse : https://3dp.rocks/lithophane/.
Il existe d’autres outils en ligne, mais celui-ci n’est pas mal du tout.

L’outil vous permet de générer des lithophanies de différentes formes. Pour mon porte-clés, le modèle à plat (Flat) me convient.

L’opération suivante consiste à charger mon image, en cliquant simplement sur le bouton Image. Le logiciel charge la photo, et la transforme automatiquement selon des paramètres par défaut.

Pour mon besoin, je vais modifier certains paramètres, en cliquant sur le bouton Settings, qui va permettre de modifier les paramètres sur l’image et sur le modèle (sur d’autres choses aussi mais je n’aborderais pas ici).

Paramètres de l’image initiale

Parmi tous les paramètres, 2 vont être à prendre en considération.

Le choix « Positive Image » ou « Negative Image » va permettre l’inversion du résultat obtenu. Par défaut, pour rester au plus proche de l’image originale, on choisira « Positive Image ». Mais parfois, selon le contenu, utiliser un mode négatif, proche des négatifs de la photo argentique pourra donner des résultats intéressants.

L’autre paramètre est le mode « miroir ». L’idée est ici que l’on va pouvoir réaliser une lithophanie visible soit sur le côté en relief en éclairant la face arrière lisse, soit l’inverse. Ceci sera utile si vous voulez réaliser une lampe avec rétro-éclairage. Choisir le mode miroir permettra de rendre visible le côté lisse, et de ne découvrir l’image que lorsque l’éclairage sera allumé. Pour mon porte-clés, les 2 côtés seront visibles et sans éclairage intégré, donc peut importe le choix.

Paramètres du modèle

On va ici influencer la géométrie finale (et non plus le contenu).

Ici, tous les paramètres peuvent être utiles.

On va pouvoir jouer sur la taille du modèle (Maximum Size). Le générateur respectant les proportions de l’image initiale, on définira uniquement la taille la plus grande, ainsi que sur son épaisseur(Thickness).

Il est aussi possible de rajouter une bordure (Border), afin de donner un aspect cadre à votre litho. Attention : le cadre est créé vers l’intérieur, et donc grignotera un peu la photo. Il pourra être utile de prévoir une marge initiale sur l’image elle-même avant traitement.

Il va être possible de définir l’épaisseur minimal (Thinnest Layer) qui va correspondre à la luminosité la plus élevée de notre lithophanie.

Chacun des pixels de l’image (Vectors Per Pixel) est traduit en un certain nombre de points 3D sur la surface de la lithophanie, plus ce nombre est grand, plus la sortie sera détaillée,  et plus le fichier STL sera volumineux et le traitement lent). Pas de réelle méthode pour déterminer à priori le besoin.

Il sera aussi possible de prévoir un support (Base/Stand depth) plus ou moins grand, devant ou derrière.

Et enfin, on pourra définir, si le modèle choisi est incurvé, le nombre de degrés de courbure (Curve).

Une fois le modèle conforme à vos souhaits, il suffit de cliquer sur le bouton Download pour récupérer le fichier .stl de votre création.

L’impression du fichier stl

Il reste maintenant à slicer le fichier. Pas de réelles contraintes, si ce n’est que plus l’impression sera fine, mieux sera le rendu.

Je vais imprimer mon porte-clés à plat (plus rapide et meilleure adhérence) sur une imprimante résine. Et nativement, le slicer va me permettre de positionner un trou pour mettre la boucle de mon porte-clés.

Le trou est positionné. L’impression va pouvoir être lancée.

Le résultat …

Voici ce que donne la pièce imprimée, sans éclairage.

Et une fois éclairée par la lumière naturelle (fin de journée).

Plutôt réussi pour un premier essai.

Sous une lumière plus forte, ni naturelle ni blanche, le rendu est différent.

Un résultat plutôt bluffant pour une méthodologie très simple à mettre en œuvre. J’ai imprimé ce porte-clés en une vingtaine de minutes, à plat. Une idée simple et originale de cadeau.

Pour aller plus loin …

Je vous conseille aussi le site itslitho qui va vous offrir plus de possibilités en terme de paramétrages, mais qui est un peu moins ergonomique que le premier.

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Je me suis posé la question de savoir comment étaient réalisés les Puzzles 3D que l’on trouve à profusion sur des sites comme Thingiverse, des choses comme ce superbe aigle posé sur son globe.

La littérature parle de Waffle structure, une technique permettant de générer de façon plus ou moins automatique les « encoches » qui vont permettre d’assembler les éléments 2D préalablement dessinés. Un outil comme Rhino 6 intègre visiblement ce mécanisme.

En attendant, il existe – ou plutôt existait – un outil permettant de réaliser des structures simples : 123D Make. Cet outil va transformer un objet 3D en pièces 2D, qui pourront être directement découpées puis assemblées.

Le logiciel se présente ainsi :

Après avoir téléchargé un modèle, plusieurs opérations de découpes sont proposées. Ce qui nous intéresse ici est le mode Interlocked Slices.

Le logiciel découpe directement selon différents paramètres le modèle. Dans la partie droite, on retrouve les plans 2D des pièces à découper.

Pour obtenir le résultat souhaité, il faudra s’armer de patience et tester l’ensemble des paramètres disponibles : nombre de pièces dans les 2 axes, orientation des axes de tranchage.

En orientant les plans différemment, on obtient un résultat plus réaliste.

De même en augmentant le nombre de pièces :

Une fois le résultat obtenu satisfaisant, il ne vous reste plus qu’à découper les différentes pièces selon les schémas obtenus, et à assembler votre puzzle !

 

Maintenant que mon imprimante est équipée du pack bi-couleur, et que j’ai testé avec quelques modèles disponibles sur le net, je souhaite faire moi-même mes réalisations. Seulement voilà : « comment fait-on ? ».

La seule certitude : il faut disposer de 2 fichiers stl complémentaires, qui seront assemblés dans le slicer pour générer le gcode qui convient.

Les seuls tutoriels que je trouve expliquent comment créer un nouveau modèle, par exemple avec FreeCAD. Mais comment repartir d’un modèle existant pour générer un modèle bi-couleur.

Je vais tenter ici de répondre en repartant de la théorie sous FreeCAD, et en présentant ma démarche face à mon problème.

Créer un modèle pour une impression bi-couleur

Le principe par l’exemple sous FreeCAD

Nous avons besoin de 2 fichiers stl. Nous allons donc avoir besoin de 2 groupes de pièces. Pour l’exemple, un groupe bleu et un groupe rouge.

On exporte ensuite chaque groupe séparément, afin d’obtenir 2 fichiers stl.

A l’ouverture dans Cura By Dagoma, il suffit d’ajouter les 2 fichiers stl et d’effectuer l’assemblage !

Aucune difficulté particulière, et de nombreux tuto déjà sur le sujet.

Par contre, que se passe-t-il lorsque je dispose uniquement d’un fichier stl unique que je veux modifier ?

La mise en oeuvre sur une pièce complexe

Toute la difficulté va maintenant être d’appliquer le simple principe de « 2 couleurs = 2 stl » a une pièce complexe, dont on ne possède qu’un seul fichier stl.

Par exemple, voici un beau petit matou trouvé sur Thingiverse.

Je veux pouvoir imprimer ce chat en noir avec des tâches blanches.

La démarche va être la même que pour notre simple pièce sous FreeCAD :

> créer 2 groupes
> exporter chaque groupe en stl
> importer les 2 fichiers sous Cura By Dagoma
> assembler les 2 morceaux
> imprimer

La principale difficulté est justement de créer Les 2 groupes. Notre minou n’est en effet qu’un maillage constitué de surfaces triangulaires plus ou moins grandes et de sommets.  Il va donc falloir se tourner vers des outils de manipulation de ce type de structure.

Mon premier choix va consister à utiliser MeshLab – déjà présenté sur ce site – pour sa simplicité de prise en main. Blender par exemple pourrait sans doute faire l’affaire mais je ne maîtrise pas assez cet outil.

Ouvrons donc notre modèle, en zoomant sur la tête.

8980 surfaces triangulaires constituent notre modèle.

Il faut bien à ce niveau garder une chose importante à l’esprit : une surface sera indivisible au sein d’un groupe. Si je veux avoir une précision dans le dessin des tâche de mon chat, la première chose à faire va être de subdiviser les surfaces, ce que permet facilement MeshLab.

Rappel : Pour pouvoir être correctement manipulé, le fichier de départ ne doit pas comporter d’erreur. Petit contrôle rapide avec MeshLab :  Render -> Show Non Manif Edges. Le modèle comporte 2 erreurs de ce type, que l’on va facilement corriger avec Filters -> Cleaning and Repairing -> Remove Faces from Non Manifold Edges.

Le modèle est maintenant propre. On va appliquer l’un des filtres : Filters -> Remeshing  ->  Subdivision Surfaces. A vous de tester le filtre qui conviendra le mieux à votre modèle.

Cette simple opération me permet maintenant de disposer d’un modèle comportant plus de 70000 faces. Rien bien entendu ne vous empêche de recommencer l’opération. Attention toutefois à ne pas vouloir manipuler un modèle trop détaillé, qui ne pourra de toute façon pas être imprimé.

Une fois cette opération réalisée, MeshLab nous permet aussi de « peindre » les surfaces, par la commande Edit -> Z-Painting.

Peu importe la couleur, il faut qu’elle soit unique ! Pour l’exemple, je dessine une bande noire sur le cou de minou.

On sélectionne ensuite les surfaces colorées : Filter -> Selection -> Select Faces by Color

Affichons maintenant les layers : View -> Show Layer dialog.

On retrouve l’unique layer actuel. Un clic droit nous offre la possibilité de déplacer les surfaces sélectionnées dans un nouveau layer : Move selected faces to another layer . Faire simplement un Apply, en conservant l’option Delete original selection.

On dispose maintenant de 2 layers, qui vont correspondre aux 2 futurs fichiers stl. Il faut les exporter par File -> Export Mesh As .

Voici ce que donne dans la réalité mon nouveau modèle dans Cura, avant assemblage :

Puis après assemblage :

On pourrait dès lors penser que l’opération n’était pas si complexe, et qu’il ne reste plus qu’à imprimer …  Hélas, grosse déception lorsque l’on regarde de plus près dans Cura, et que l’on parcours les couches

Que se passe-t-il ? Que sont devenues les couches ?

La réponse est simple. Le fichier stl de départ n’est pas un solide mais une simple enveloppe. Les 2 fichiers stl obtenus sont donc eux-aussi dépourvus d’épaisseur. Impossible donc pour le slicer de trancher correctement !

La seule solution que j’ai actuellement trouvé est de reprendre les 2 fichiers stl afin de donner de l’ épaisseur aux surfaces.

Et la seule solution facile et rapide que j’ai trouvée est d’utiliser cette fois Blender, qui dipose d’une fonction pour faire cette opération.

On lance donc Blender, et on importe l’un des fichier stl.

On passe ensuite en mode Edit Mode.

Dans le menu Mesh => Faces => Solidify.

Il faut ensuite jouer (ou pas) sur le paramètre d’épaisseur (Thickness). Il faut qu’il soit à minima cohérent avec ce que votre buse peut imprimer.  Pour ma part, j’ai positionné à 1 mm.

On repasse ensuite en mode Object Mode, et on exporte le modèle.

On réalise les mêmes opérations sur le deuxième fichier stl.

Nouvelle importation dans Cura by Dagoma.

On voit bien maintenant une épaisseur sur les pièces. Il reste à assembler, et à vérifier en mode couche le résultat.

C’est nettement mieux. Par contre, la pièce est maintenant creuse, et je n’ai pas trouvé de solution pour faire en sorte qu’elle soit pleine.

D’un autre côté, pour ce type de réalisation, on économise pas mal de matière ce qui finalement est plutôt bien à mon sens.

Petite impression et voilà le résultat :

Un résultat très proche du modèle en poils et en os !

Dès que l’on se lance dans l’impression d’un modèle, on se trouve rapidement face à la question suivante : « Faut-il ou non utiliser des supports ? ».

Généralement, on se laisse guider par son slicer préféré, mais est-ce la bonne solution ? Est-il possible de faire autrement ?

Je me propose ici de tester différentes solutions, en partant du modèle ci-dessous.

Avec Cura By Dagoma

Ici, les options sont assez simple  : pas de support, support pour les parties touchant le plateau et support partout(intérieur de pièce inclus).

Sans support, le temps d’impression est annoncé de 30 minutes, pour 1,21 mètres de filament. Il n’y a ici aucune possibilité de savoir si des supports sont nécessaires, sauf à essayer d’en mettre ….

en sélectionnant l’option « Partie touchant le plateau », le temps d’impression passe à 33 minutes et 1,36 mètres de filament. Par déduction, 15 cm de filament pour les supports.

Même résultat avec l’option « Partout ».

Avec Cura 3.5.1

Sans support, le temps d’impression est ici annoncé de 23 minutes, pour 1,46 mètres de filament. La différence est liée au remplissage (taux et mode).

Par contre, premier avantage, les zones à risques sont identifiées( en rouge). Ici, on  se rend compte immédiatement que des supports sont nécessaires.

En mode « Recommandé », en cochant ‘Générer les supports », on obtient un temps d’impression de 0h24 pour 1,53 m de filament.

Les supports sont parfois difficiles à enlever. L’un des avantages de Cura est de pouvoir choisir entre différents motifs de supports : Ligne, Grille, Triangle, Concentrique, zig-zag, entrecroisé.

Pas vraiment de différence de temps et de longueur de filament selon la méthode. La différence se fera peut-être dans la solidité du support et dans sa facilité à être ôtée.

Une option « expérimentale » est disponible dans Cura. Il s’agit des supports arborescents, présenté comme le meilleur compromis entre solidité, consommation de matière et facilité de détachement.

Le temps d’impression serait de 0h27 mn pour 1,78 m. Le principe est de créer les supports comme les branches d’un arbre, ce qui permettrait d’obtenir un support plus facile à détacher, car les différentes « branches » serait auto-portées. Par flagrant dans notre exemple !!

Avec Meshmixer

C’est ce même principe qui est utilisé dans Meshmixer, avec une plus grande souplesse, car il est possible de modifier les supports générés, d’en supprimer, d’en rajouter.

Pour pouvoir gérer les supports, il faut d’abord que Show Printer Bed soit activé.

Dans l’onglet Analysis, sélectionner l’option Overhangs

Nous retrouvons les zones difficiles identifiées en rouge. Un point important est que l’on peut agir sur le paramètre Angle Threst, qui défini l’angle de déport max que peut supporter l’imprimante. En fonction de la valeur, les zones à risque vont évoluer.

En cliquant sur Generate Support, le logiciel génère les supports selon les paramètres spécifiés dans les onglets Support Generator et Advanced Support.

On voit ici parfaitement la notion de support arborescent.

Remarque :  Je vous conseille de démarrer avec les paramètres suivants :
Post Diameter : 2 mm
Tip Diameter : 0.3 mm
Base Diameter : 2.4 mm

Nous allons améliorer le support. Avec Meshmixer, c’est assez simple :

• clic gauche pour ajouter un support
• Crtl + clic gauche pour supprimer un support.

En voilà un beau support .

Test sur Cura By Dagoma : impression en 0h32 pour 1,28 m de filament.