Projet 3D IBP. Conception D Une Imprimante 3D Pour Moins de 250 [PDF]

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Projet 3D IBP Conception d’une imprimante 3D pour moins de 250€

Par Frédéric Callondann & Hugo Gresser L3-SPI Ingénierie - 2016-2017

Frédéric Callondann

L3-SPI - 2016-2017

I.

Hugo Gresser

Table des matières

II.

Présentation du projet.................................................................................................... 3

III.

Objectif .........................................................................................................................4

IV.

Analyse fonctionnelle................................................................................................. 5 Environnement Usage ..................................................................................................................... 6 Environnement conception ............................................................................................................. 7 Environnement montage ................................................................................................................ 8 Caractérisation fonctions de service et des contraintes ................................................................. 9 Hiérarchisation des fonctions ........................................................................................................ 10

V.

Décomposition fonctionnelle ..................................................................................... 11 Cinématique : Cartésienne ou Delta ? ........................................................................................... 11 Diagramme FAST ........................................................................................................................... 14 Représentation systémique........................................................................................................... 15

VI.

Choix technique et achat........................................................................................ 16 Choix des composants / Solutions technique détaillées. .............................................................. 16 Conception CAO ............................................................................................................................ 17 Données extraites de la CAO ......................................................................................................... 18 Comparaison avec la Microdelta rework de E-motiontech........................................................... 21 Achat des composants .................................................................................................................. 23 Productions des pièces plastiques imprimables ........................................................................... 24

VII.

Prototype .................................................................................................................... 25 Résultats obtenus .......................................................................................................................... 27 L’avenir du projet .......................................................................................................................... 27

VIII.

Le projet ..................................................................................................................... 28 Définition des outils utilisés pour le projet ................................................................................... 28 Composition du groupe et répartition du travail .......................................................................... 29 Répartition du travail au cours du temps ...................................................................................... 30

IX.

Remerciements ......................................................................................................... 31

X.

Annexes ......................................................................................................................... 32 1)

Expression du besoin ............................................................................................................. 32

2)

Analyse fonctionnelle environnement usage courant .......................................................... 33

3)

Analyse environnement conception ..................................................................................... 37

4)

Analyse fonctionnelle environnement montage ................................................................... 38

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Frédéric Callondann

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II.

Hugo Gresser

Présentation du projet

L’impression 3D est un outil en pleine expansion et particulièrement en vogue actuellement, du fait de capacités quasi infinies en termes de réalisations mais aussi du faible coût de ces réalisations. Cependant, à l’achat ce genre d’outil reste assez cher, avec des prix commençant à 300€ pour une imprimante basique et dépassant allègrement plusieurs milliers d’euros pour des imprimantes professionnelles, toujours en dépôt de fil chaud. Mais certains fabricants asiatiques n’hésitent pas à vendre des copies d’imprimantes réputées pour une centaine d’euros mais dont la qualité de fabrication ou d’impression laisse à désirer. C’est pourquoi nous avons décidé de choisir comme projet de licence, la conception d’une imprimante 3D à moins de 250€. Nous allons donc concevoir une imprimante 3D à moindre coût en partant de rien, si ce n’est notre connaissance de l’outil cité et des projets ayant déjà abouti. Nous pouvons ainsi explorer les différentes possibilités s’offrant à nous mais aussi maîtriser chaque aspect de notre future imprimante. La conception d’une imprimante 3D « low-cost » nous permettra de viser un publique n’ayant pas beaucoup de moyen et voulant découvrir le monde de l’impression 3D, tel qu’un étudiant par exemple. Notre professeur M.GUY nous a poussé vers ce projet car pour lui chaque étudiant en science pour l’ingénieur à l’UFR de physique et ingénierie devrait pouvoir se doter à moindre frais d’une imprimante 3D. Dans le cadre de ce projet, nous avons décidé d’appeler notre imprimante, 3D IBP pour imprimante à bas prix.

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Frédéric Callondann

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III.

Hugo Gresser

Objectif

Nous avons 5 objectifs principaux afin de mener à bien ce projet. Le premier étant avant tout de concevoir une imprimante pour moins de 250€ et donc de la placer dans la moyenne basse des prix du marché si elle venait à voir le jour. Ensuite nous voudrions qu’elle soit en kit, toujours dans le but d’en réduire le coût et qu’un étudiant puisse la monter facilement sans connaissances particulières. Nous souhaitons également que les pièces plastiques soient auto-réplicables par une autre imprimante, ce qui influera directement la conception des pièces de notre imprimante. Toutes les pièces qui serviront à réaliser l’imprimante doivent être trouvables facilement dans le commerce et de type open-source en ce qui concerne l’électronique. Enfin, notre dernier objectif sera l’apprentissage de l’impression 3D par un étudiant. Ce sera probablement sa première imprimante et donc celle avec laquelle il découvrira le monde de la fabrication additive. C’est pourquoi notre imprimante se devra d’être relativement simple et facile à utiliser. De plus, l’impression 3D permet l’apprentissage de la conception assistée par ordinateur plus facilement car c’est un moyen de passage rapide du concept au prototype réel. Bien sûr, ce projet est avant tout un objectif personnel pour nous. A la vue de notre situation d’étudiants, il nous tient à cœur de rendre cette technologie accessible à tout un chacun. C’est pourquoi de nombreux aspects techniques ont été pris en compte, tel que les dimensions de l’imprimante.

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IV.

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Analyse fonctionnelle

Pour commencer notre analyse fonctionnelle, nous allons définir les différents environnements possibles du cycle de vie d’une imprimante 3D. Le cycle de vie de la 3D IBP peut être défini par les phases suivantes : -

La conception La fabrication La vente Le transport Le montage La mise en service L’usage ou le cycle d’utilisation La maintenance Le démantèlement et le recyclage

Parmi ces différentes phases du cycle de vie de l’imprimante nous allons en étudier 3 en particulier qui sont les plus importants à prendre en compte selon nous. Nous allons dans les prochaines pages étudier le cycle de conception, celui du montage et celui de l’usage. Nous définirons les différents composants de chacun des environnements en début d’analyse de ces environnements.

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Environnement Usage L’utilisateur : Le particulier, étudiant qui fera usage de l’imprimante 3D. Le filament : Ici une bobine de filament PLA avec un diamètre de 1.75mm. L’ordinateur / CAO : L’ordinateur avec les logiciels de CAO usuel tel que Inventor, Autocad, CATIA, Solidworks etc. Bureau : C’est le bureau sur lequel l’imprimante reposera. L’objet : C’est l’objet qui sera imprimé en 3D L’Energie : La prise électrique du particulier devra fournir cette énergie donc 230V 50Hz.

Utilisateur

A3 A6

A3

CAO / -

Ordinateur -

Filament

A1 3D IBP

Énergie

A4

Meuble support

A5 A2 Objet

Les fonctions de services retenues : -

Créer un objet tridimensionnel à partir du filament en plastique (A1) Plaire à l’utilisateur (objet) (A2) Apprendre l’impression 3D (A3)

Les contraintes retenues : -

Protéger le meuble des dégradations dû à l’utilisation de la machine (A4) Permettre l’accroche lors de l’impression puis le décrochage de l’objet après l’impression (A5) Être accessible financièrement par les particuliers, étudiants (A6)

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Environnement conception Concepteur : Équipe de conception Futur utilisateur : Étudiant, particulier voulant se lancer dans l’impression 3D Outils informatiques : CAO, ordinateur, logiciels etc… Pièces : Pièces composant l’imprimante

Concepteur Futur Utilisateur

A11 A9

A12 3D IBP Outils

A7

A10

Informatiques

Pièces

Les fonctions de services retenues : -

Réaliser un premier jet et simuler (A7) S’autorépliquer (A8) Répondre au besoin de l’utilisateur (A9)

Les contraintes retenues : -

A8

Approvisionnement des pièces aisé (A10) Utilisation logiciel open source (A11) Imprimante à moindre coût (A12)

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Environnement montage L’utilisateur : Le particulier, Etudiant qui se servira de l’imprimante 3D. Boite / Carton : comprenant l’imprimante pour le transport Pièces détachées : Composant l’imprimante Bureau : C’est le bureau sur lequel l’imprimante reposera, en général une profondeur de 50cm max. Documentation : Documentation de montage, d’utilisation etc. Outils : Outils servant au montage de l’imprimante

Utilisateur Boite/carton

A13 A14

Pièces détachés

3D IBP A15

Outils A16

Bureau Documentation La fonction de services retenue : La contrainte retenue : -

Monter l’imprimante (A13) Contenir les pièces (A14) Accueillir l’imprimante (A15) Faciliter le montage (A16)

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Caractérisation fonctions de service et des contraintes La hiérarchisation de ces fonctions permet de définir des critères d’appréciation et de les quantifier afin de vérifier si la fonction ou la contrainte est bien satisfaite. La flexibilité est la tolérance par rapport aux niveau demandé, cette valeur va de F0 (aucune flexibilité donc non négociable) à F3 (très négociable). Fonctions de service et contraintes

Critères d’appréciations

FS1 : Créer un objet tridimensionnel à partir du filament en plastique

Taille max Temps

Niveaux

Classes

15*15*20 (L*l*H) ou Diamètre 15*20 Quelques heures à dizaine d’heures

F1 F3

Flexibilité Limites d’acceptation Min 12x12x15 où Diam 12*16