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Page de garde ملخص République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de

Page de garde ملخص République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université du 20 Août 1955 Skikda Faculté de Technologie Département De Génie électrique Mémoire Présenté par : BOURARDA Mohamed & SAKHRI Brahim En vue de l'obtention du diplôme de Master Électronique systèmes embarqués Thème Programmation et réalisation d’une imprimante 3D Devant le jury composé de : Président : I. REHAI Rapporteur : B. BOUCHEHIT Examinateur : A. BOUACHARI ii Résumé iii ملخص ……………………….……… Résumé ……………………………………………….. iv Dédicace v Dédicace Remerciements vi Remerciement Table des matières vii Table des matières Contents Dédicace ................................................................................................................................................... v Remerciement ......................................................................................................................................... vi Table des matières ................................................................................................................................. vii Table des illustrations .............................................................................................................................. ix Liste des abréviations .............................................................................................................................. xi Introduction ......................................................................................................................................... 1 Chapitre 1 ................................................................................................................................................ 3 Remanufacturing de pièce par procédé additif et soustractif ..................................... 3 1.1. Introduction ............................................................................................................................. 3 1.2. Méthodes soustractives .......................................................................................................... 3 1.3. Les méthodes additives ........................................................................................................... 6 1.3.1. Impression 3D par photopolymérisation ........................................................................ 6 1.3.2. Impression 3D par liage de poudre ............................................................................... 14 1.3.3. Impression 3D par encollage : SDL ................................................................................ 22 1.3.4. Le principe de FDM ........................................................................................................ 23 1.3.5. Choix d’une technique de fabrication additive existante.............................................. 27 1.4. Conclusion ............................................................................................................................. 28 Chapitre 2 .............................................................................................................................................. 29 Anatomie d’une imprimante 3D personnelle ........................................................................ 29 2.1. Introduction ........................................................................................................................... 29 2.2. Le projet RepRap ................................................................................................................... 29 2.3. Les différents types d’imprimante 3D FDM .......................................................................... 31 2.3.1. Imprimantes 3D cartésiennes ........................................................................................ 32 2.3.2. Imprimantes 3D Delta ................................................................................................... 34 2.4. La carte mère ......................................................................................................................... 35 2.5. Moteurs pas à pas ................................................................................................................. 38 2.6. L’extruder .............................................................................................................................. 39 2.7. Les endstops .......................................................................................................................... 40 2.8. Les sondes de température ................................................................................................... 41 2.9. La tête d’impression .............................................................................................................. 42 2.10. Lit d’impression ................................................................................................................. 43 2.11. Les ventilateurs.................................................................................................................. 44 2.12. L’alimentation .................................................................................................................... 44 Table des matières viii 2.13. La structure ........................................................................................................................ 45 2.14. Conclusion ......................................................................................................................... 50 Chapitre 3. ............................................................................................................................................. 51 Assemblage et montage de l’imprimante 3D personnelle ............................................... 51 3.1. Introduction ........................................................................................................................... 51 3.2. Assemblage et montage ........................................................................................................ 52 3.2.1. Assemblage de la structure ........................................................................................... 58 3.2.2. Assemblage tête d’impression & extruder .................................................................... 59 3.2.3. Assemblage des charriots .............................................................................................. 60 3.2.4. Extruder ......................................................................................................................... 64 3.2.5. Partie électronique ........................................................................................................ 65 3.3. Conclusion ............................................................................................................................. 68 Chapitre 4. ............................................................................................................................................. 69 Programmation et exploitation de l’imprimante 3D personnelle ................................. 69 4.1. Introduction ........................................................................................................................... 69 4.2. La chaine logicielle ................................................................................................................. 69 4.3. Mise en route ........................................................................................................................ 72 4.3.1. Flashage ......................................................................................................................... 72 4.3.2. Calibration ..................................................................................................................... 73 4.4. Conclusion ............................................................................................................................. 76 Conclusion générale ....................................................................................................................... 77 Références bibliographiques ...................................................................................................... 78 Table des illustrations ix Table des illustrations Figure 1 : Usinage par enlèvement de matière. ...................................................................................... 5 Figure 2 : Schéma du principe de fonctionnement d’une imprimante 3D SLA (Source : CustomPartNet 2008) ........................................................................................................................................................ 7 Figure 3 : Objet en résine polymère en cours de fabrication par une imprimante SLA. ........................ 7 Figure 4 : Schéma du principe de fonctionnement d’une imprimante 3D type DLP (Source : 3ders). ... 9 Figure 5 : Objets réalisé à l’aide d’une imprimante 3D DLP. ................................................................. 10 Figure 6 : Principe de fonctionnement de l’impression 3D du procédé CLIP. .................................... 10 Figure 7 : Imprimante 3D DLP. .............................................................................................................. 11 Figure 8 : Schéma du principe de la fabrication additive Poly-Jet®. ..................................................... 12 Figure 9 : Objet multi matériaux, multi colores, réalisé d’un seul tenant par une imprimante 3D PolyJet. .................................................................................................................................................. 13 Figure 10 : Réalisations microscopiques fabriquées à l’aide de la technologie. ................................... 14 Figure 11 : Principe de fonctionnement procédé d’impression 3D SLS (Source : printing3dtoday). .... 15 Figure 12 : Orthèse de main conçue avec un modèle complexe pour réduire le poids. ...................... 16 Figure 13 : Pièces métalliques réalisé par impression DMLS (Mercedes-Benz).................................... 17 Figure 14 : Principe de fonctionnement d’une imprimante de type 3DP (Source : 3dprintingindustry). ............................................................................................................................................................... 18 Figure 15 : Principe de fonctionnement d’une imprimante 3D EBM (Source : allabout3dprinting). ... 19 Figure 16 : Principe de fonctionnement des imprimantes Multi-Jet Fusion® de chez HP (Source : 3dprint) .................................................................................................................................................. 21 Figure 17 : Principe de fonctionnement d’une imprimante 3D LOM (Source : CustomPartNet). ........ 22 Figure 18 : Procédé de dépôt de matière fondue. ................................................................................ 24 Figure 19 : Bobine filament plastique. .................................................................................................. 25 Figure 20 : Objet imprimé par FDM à l’aide d’un support soluble (Source : primante3d) ................... 25 Figure 21 : Objets réalisés avec une imprimante 3D FDM multi-têtes. ................................................ 26 Figure 22 : État de surface de deux pièces imprimées par la technique FDM avec polissage à l’acétone et sans polissage. ................................................................................................................................... 26 Figure 23 : Impression de chocolat à gauche, impression d’une habitation à droite. .......................... 27 Figure 24 : Le modèle imprimante Mendel du projet RepRap [2]. ....................................................... 30 Figure 25 : Arbre généalogique de la famille RepRap (Source : reprap). .............................................. 31 Figure 26 : Imprimante 3D FDM Ultimaker® type lit mobile (Source : ultimaker). ............................... 32 Figure 27 : Imprimante 3D à chariot élévateur de type Mendel (Source : reprap). ............................. 33 Figure 28 : Imprimante 3D FDM avec une configuration grue de type Wallace (Source : reprap). ..... 33 Figure 29 : Imprimante 3D FDM de type delta modèle Rostock (Source : reprap). ............................. 34 Figure 30 : Câblage des différents senseurs et effecteurs autour d’un contrôleur Arduino Mega 2560 équipé d’un shield RAMPS 1.4. ............................................................................................................. 35 Figure 31 : Vue du dessus d’un contrôleur Arduino Mega 2560. ......................................................... 36 Figure 32 : Contrôleur Arduino Mega 2560 surmonté d’un shield RAMPS 1.4. ................................... 37 Figure 33 : Vue du dessus des entrées/sorties sur un Shield RAMPS 1.4. ............................................ 37 Figure 34 : Représentation schématique et vue d’un moteur NEMA 17. ............................................. 39 Figure 35 : (a) Extrudeur ; (b) Schéma de l’entrainement du filament par l’extruder vers la tête d’impression. ......................................................................................................................................... 40 Figure 36 : Endstop mécanique en position ouvert en bout d’axe y d’une imprimante 3D du type cartésienne. ........................................................................................................................................... 40 Figure 37 : Thermistance NTC 3950 - 100k. .......................................................................................... 41 Figure 38 : (a) Hotend ; (b) Représentation schématique du Hotend. ................................................. 43 Table des illustrations x Figure 39 : Plateau d’impression. .......................................................................................................... 43 Figure 40 : Ventilateurs utilisé en impression 3D. ................................................................................ 44 Figure 41 : Alimentation externe. ......................................................................................................... 45 Figure 42 : Tube d’aluminium extrudé 2020 V-Slot. ............................................................................. 45 Figure 43 : Chariot avec roues sur roulement placées dans les gorges d’un profilé en aluminium extrudé. ................................................................................................................................................. 46 Figure 44 : Chariot monté sur roulement linéaire. ............................................................................... 47 Figure 45 : Entrainement par courroie des chariots. ............................................................................ 47 Figure 46 : Système d’entrainement vis-écrou. .................................................................................... 47 Figure 47 : Vis à billes. ........................................................................................................................... 48 Figure 48 : (a) Vis au profil triangulaire ; (b) Vis profil trapézoïdal. ...................................................... 48 Figure 49 : Vis et écrous utilisées dans l’assemblage des différents composants de l’imprimante. .... 49 Figure 50 : Assemblage de la structure (Châssis). ................................................................................. 58 Figure 51 : Assemblage de la structure (colonne). ................................................................................ 59 Figure 52 : Tête d’impression. ............................................................................................................... 60 Figure 53 : Assemblage des chariots. .................................................................................................... 60 Figure 54 : Ensemble de l’axe x assemblé. ............................................................................................ 61 Figure 55 : Plaque support du lit. .......................................................................................................... 61 Figure 56 : Ensemble de l’axe y assemblé. ............................................................................................ 62 Figure 57 : Assemblage du moteur NEMA 17 d’entrainement de l’axe y. ............................................ 62 Figure 58 : Fixation de la courroie d’entrainement de l’axe y. ............................................................. 63 Figure 59 : Ensemble de l’axe z assemblé. ............................................................................................ 63 Figure 60 : Assemblage de la vis hélicoïdale. ........................................................................................ 64 Figure 61 : Assemblage du moteur NEMA 17 et de l’accouplement. ................................................... 64 Figure 62 : Extruder assemblé. .............................................................................................................. 65 Figure 63 : Assemblage des endstops de butée d’axe sur la structure. ................................................ 65 Figure 64 : Branchement des fils sur le Shield RAMPS 1.4. ................................................................... 66 Figure 65 : Montage de l’écran LCD sur RAMPS 1.4. ............................................................................ 66 Figure 66 : Branchement des fils d’alimentation. ................................................................................. 67 Figure 67 : Mise en place du lit d’impression. ...................................................................................... 67 Figure 68 : Imprimante 3D cartésiennes réalisée pour la mémoire de Master terminée. ................... 68 Figure 69 : Chaine logiciel utilisé en imprimante 3D. ............................................................................ 70 Figure 70 : Décomposition fonctionnelle d’un système automatisé. ................................................... 70 Figure 71 : Imprimante 3D cartésienne. ............................................................................................... 71 Figure 72 : Fonctions du contrôleur Arduino. ....................................................................................... 71 Figure 73 : Téléversement du firmware Marlin sur le contrôleur Arduino Mega 2560. ....................... 72 Figure 74 : Interface du logiciel de prise de contrôle de l’imprimante 3D Pronterface. ...................... 73 Figure 75 : Contrôle et configuration des endstops dans le firmware Marlin. ..................................... 74 Figure 76 : Déplacement de la tête dans les trois axes de l’espace grâce à l’interface du logiciel pronterface. ........................................................................................................................................... 75 Figure 77 : Affichage des informations de température et positionnement sur un écran LCD. ........... 75 Figure 78 : Définition des limites de la surface d’impression dans le firmware Marlin. ....................... 76 Tableau 1 : L’ensemble des pièces nécessaires au montage. ............................................................... 52 Tableau 2 : Open source et logiciels de modélisation 3D. .................................................................... 69 Liste des abréviations xi Liste des abréviations CFAO : Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur. FDM : Fused Deposition Modeling. CNC : Computer Numerical Control. CAO : Conception Assistée par Ordinateur. uploads/Science et Technologie/ memoire-mohamed-ver3 1 .pdf