Logiciels utilisés : Inkscape
Machines utilisées : Sienci Mill One
Temps de réalisation : ~45′-60′.
Prix : <1.-
Résumé :
Réalisation d’un jouet en bois (ou d’un dessous de verre) à partir d’un dessin d’enfant.
Avant propos.
On peut facilement réaliser de nombreux objets à partir de dessins d’enfant. Ce projet a été réalisé chez moi plutôt qu’au SEMLab en raison du confinement « Covid-19 ». La machine utilisée est cependant similaire à celle du SEMLab (la seule amélioration notable est une augmentation de la précision, qui dans ce cas n’a pas d’importance).
Plutôt que de faire un jouet en bois, il est facile d’adapter la procédure pour réaliser des dessous de verre.
Étapes de « CAO » :
Remarques : La première étape est le dessin par l’enfant, qui n’est pas considéré ici. Il peut être réalisé de différentes manières et sera numérisé puis vectorisé. Pour la vectorisation, il y a deux possibilités : la vectorisation automatique ou la vectorisation manuelle. La vectorisation automatique nécessitant un gros travail d’adaptation, elle n’est pas recommandée pour un dessin d’enfant au crayon. Il est au final plus rapide de recréer un dessin en s’inspirant de l’original.
Il est également possible de créer le dessin directement sur l’ordinateur avec une tablette graphique.
0 – Numérisation du dessin et importation sous Inkscape. Après avoir numérisé le dessin avec un scanner (ou pris une photo avec un APN), l’image est importée (Ctrl+I) sous Inkscape. Les dimensions actuelles importent peu.
1 – Vectorisation manuelle du dessin. Créez un nouveau calque (Ctrl+Maj+N), sur lequel vous allez recréer le dessin avec l’outil de traçage de courbes de Bézier (Maj+F6). Commencez par poser les points clés du contour de l’objet, puis à l’aide de l’outil de sélection des nœuds (F2), effectuez les courbures. Pour les éléments internes qui seront « gravés » plutôt que « découpés », créez-les de la même façon sur un autre calque. Une fois la vectorisation terminée, vous pouvez supprimez l’image matricielle originale.
2 – Adaptation aux bonnes dimensions. Réglez les dimensions du document (Ctrl+Maj+D) pour correspondre aux dimensions définitives de l’objet. Redimensionnez tous les chemins après les avoir sélectionné par un rectangle de sélection (car ils sont sur des calques différents) avec l’outil de sélection générale (F1). Maintenez la touche Ctrl (et éventuellement la touche Maj) pour conserver les proportions (et le centrage) durant le redimensionnement. Repositionnez les chemins au besoin.
3 – Correction du design. Définissez l’épaisseur du contour de la gravure au diamètre de la fraise qui sera utilisée (généralement 2-3mm) avec la boîte « Fond et Contour » (Ctrl+Maj+F). Effectuez les éventuelles corrections du tracé à l’aide de l’outil d’édition des noeuds (F2) et/ou l’outil de sélection générale (F1) afin d’améliorer la lisibilité du design.
4 – Préparation du détourage. Pour ne pas altérer les dimensions finales de l’objet, le fraisage doit être effectué à l’extérieur du trait (et non « sur » le trait). Commencez par régler l’épaisseur du contour au diamètre de la fraise qui sera utilisée (généralement 3mm). Convertissez le « contour en chemin » (Ctrl+Alt+C) puis séparez-le (Ctrl+Maj+K). Sélectionnez le contour « interne » avec l’outil de sélection (F1) puis supprimez-le (Del). Supprimez le fond et remettez un contour (dont l’épaisseur importe peu) sur le chemin restant. Sauvegardez votre fichier. Alternativement, si la précision n’est pas très importante, il est plus rapide d’utiliser le décalage dynamique (Ctrl+J) pour éloigner le chemin de découpe, avant de convertir à nouveau l’objet en chemin (Ctrl+Maj+C).
5 – Export du G-code du détourage. Sur un nouveau calque (Ctrl+Maj+N), ajoutez les points d’orientation et l’outil cylindrique comme indiqué dans le tutoriel sur la création d’un circuit électronique (ici). Réglez la profondeur selon l’épaisseur de la planche prévue, le « Feed » et le « Depth step » selon le matériau et la fraise utilisée. Pour une fraise de 3mm et du bois, les valeurs sont : Feed = 800 et Depth Step = 2mm. Cachez le calque des éléments qui seront gravés, puis sélectionnez le(s) chemin(s) de détourage avant de lancer la commande « Chemin vers gcode » de Gcodetools (menu Extensions -> Gcodetools). Une fois le fichier gcode vérifié (avec CAMotics p.ex.) supprimez la dernière opération (Ctrl+Z).
6 – Export du G-code de la gravure. Corrigez la dernière valeur de la seconde composante des points d’orientation, pour correspondre à la profondeur de la gravure souhaitée (généralement de 1 à 3mm). Cachez le calque du détourage et affichez celui de la gravure. Sélectionnez les chemins de gravure et lancez à nouveau la commande « Chemin vers gcode » de Gcodetools. Une fois le fichier gcode vérifié, supprimez la dernière opération (Ctrl+Z).
Exemple:
Je pars de la numérisation d’un dessin au crayon sur une page A4 que j’importe dans Inkscape (Ctrl+I). J’ajoute un nouveau calque (Ctrl+Maj+N) pour pouvoir supprimer facilement l’image matricielle par la suite. 
Avec l’outil de traçage des courbes de Bézier (Maj+F6), je commence par poser des points aux endroits clés (points d’inflexion) du contour externe. Je passe alors en mode « édition des nœuds » (F2) pour modifier les courbes de ce tracé, afin de faire correspondre mon chemin au dessin d’origine.
Je crée ensuite un nouveau calque (Ctrl+Maj+N) pour la vectorisation des gravures. Je procède comme précédemment puis je sauve mon fichier SVG. Une fois terminé je cache (ou supprime) le calque contenant l’image matricielle.
Je passe maintenant à l’adaptation du dessin aux contraintes du fraisage. Je commence par dimensionner mon document (Ctrl+Maj+D) à la largeur de ma planche (ici 20×15 cm). Comme le dessin d’origine est déjà aux bonnes dimensions, il ne m’est pas nécessaire de procéder à un ajustement de la taille générale, je me contente de déplacer le tout en bas à gauche de mon document. Je passe ensuite à l’adaptation des gravures. En effet, la fraise utilisée est bien plus épaisse que le trait de crayon et certains éléments sont trop rapprochés. Après avoir sélectionnés les chemins (Ctrl+A après avoir sélectionné le calque en question), je commence par attribuer une largeur de contour de 3mm grâce à la boîte « Fond et Contour » (Ctrl+Maj+F) pour avoir un visuel proche de la réalité. Puis avec l’outil de sélection générale (F1), je déplace les éléments pour les réorganiser d’une façon plus adaptée. Il peut aussi être nécessaire de corriger certains points et courbures avec l’outil d’édition des nœuds (F2). Une fois toutes les modifications effectuées, j’enregistre mon fichier.
La dernière étape consiste à reprendre le trait de détourage pour l’éloigner du centre, afin que le fraisage ne dénature pas la géométrie du modèle. Je commence donc par régler l’épaisseur du contour du chemin de détourage à 3mm (Ctrl+Maj+F) pour simuler le passage de la fraise. Comme je considère que le modèle ne sera pas altéré, je ne procède pas aux étapes d’adaptation pour compenser la largeur de la fraise. Si j’avais dû réaliser celles-ci, il m’aurait alors fallu convertir le contour en chemin (Ctrl+Alt+C) puis séparer le résultat (Ctrl+Maj+K). Puis après avoir sélectionné le chemin interne, le supprimer (Del). Le chemin restant étant alors décalé de 1,5mm (le rayon de ma fraise) sur l’extérieur par rapport au chemin d’origine.
Toutes ces étapes de création m’auront prises environ 15 minutes.
Je passe maintenant à la préparation des fichiers G-code. Je commence par créer un nouveau calque (Ctrl+Maj+N) que je nomme « CNC » et sur lequel je vais placer tous les éléments « techniques » nécessaires. Je commence par ajouter les points d’orientation (menu Extentions -> Gcodetools -> Points d’orientation…). Je règle la profondeur sur -15.5mm (ma planche faisant 16mm d’épaisseur, cela me laissera une fine bande qui maintiendra l’objet en place jusqu’à la fin du fraisage). J’ajoute ensuite un outil cylindrique (menu Extensions -> Gcodetools -> Bibliothèque d’outils…) que je paramètre ainsi :
- Feed = 800
- Penetration feed = 200
- Depth step = 2
- Les autres valeurs n’ayant pas d’importance.
Je cache alors le calque des gravures et sélectionne le chemin de détourage. Je lance ensuite la commande « Chemin vers gcode » (depuis le menu Extensions -> Gcodetools). Pour l’ensemble du paramétrage, voir le tutoriel sur la réalisation de la carte électronique (ici). Je vérifie sous CAMotics que le fichier généré donne bien ce que je souhaite, puis j’efface la dernière commande (Ctrl+Z) sous Inkscape.
Je passe ensuite à la génération du gcode pour la gravure. Je commence par cacher le calque du détourage et afficher celui de la gravure. Je corrige ensuite la profondeur avec l’outil texte (F8) pour une valeur de -2 (sur la dernière composante du second point d’orientation). Je sélectionne mes chemins (par un Ctrl+A après avoir sélectionné le calque des gravures) et je lance la procédure « Chemin vers Gcode ». Comme précédemment, je vérifie sous CAMotics le fichier généré et j’annule (Ctrl+Z) la dernière opération sous Inkscape.
Ces dernières étapes m’auront prises environ 5 minutes, pour un total de 20-25 minutes.
Étapes de « FAO » :
Remarques :
Les fraiseuses numériques du SEM Lab, dont la « Mill One » ici utilisée, sont composées de 3 éléments ayant chacun leur alimentation et leurs boutons : Le Raspberry Pi disposant d’un écran tactile et d’un clavier ; Le système motorisé de déplacement de la fraiseuse, que nous nommerons « CNC » par la suite ; Une affleureuse montée sur une fixation, faisant tournée les fraises et que nous nommerons « fraiseuse ».
Il est important de bien fixer la planche de bois sur le plateau de la CNC.
Les fraiseuses sont des outils pouvant occasionner des blessures en cas de mauvaise utilisation. Seuls les enseignants sont autorisés à démarrer les fraiseuses, en aucun cas les élèves.
0 – Copie des fichiers G-code sur une clé USB. Les Raspberry Pi pilotant les CNC du SEM Lab n’étant pas sur le réseau, il est nécessaire de copier les fichiers g-code (.nc ou .ngc) sur une clé USB.
1 – Préparation de la fraiseuse. Après avoir démarré bCNC sur le Raspberry Pi pilotant la CNC (pour plus de détails consultez le tutoriel sur la réalisation d’un circuit imprimé – ici ), montez la fraise pour la gravure (généralement la fraise conique) et réglez la position zéro de travail.
2 – Gravure. Démarrez la fraiseuse sur la vitesse adéquate (généralement position 3,5 – 20’000 rpm) et lancez le fichier g-code de la gravure. Une fois celle-ci terminée, éteignez la fraiseuse.
3 – Détourage. Changez la fraise pour celle du détourage (généralement la fraise de 3mm à 2 dents et bout plat) et réglez à nouveau la position zéro de la coordonnée Z de travail (ne modifiez pas les coordonnées X et Y). Pour évitez que la pièce ne « saute » lorsque le détourage se termine, vous pouvez réglez la position Z zéro à 0,5mm au-dessus de la surface de la planche. Pour détacher la pièce, il suffira alors de passer un coup de cutter. Démarrez la fraiseuse sur la vitesse adéquate (généralement position 3,5 – 20’000 rpm) et lancez le g-code du détourage. Une fois la pièce fraisée, éteignez la machine. Démontez la planche et effectuez un rapide nettoyage.
4 – Finitions. Avec une lime ou du papier de verre, éliminez les échardes. L’objet peut être peint et verni.
Exemple :
Après avoir allumé la machine, je fixe ma planche de bois sur le plateau avec des pinces de serrage. Je monte la fraise conique sur la machine et je règle le point d’origine (pour le détail des opérations, voir le tutoriel sur la fabrication d’une carte électronique – ici). Je charge le fichier de gravure sur bCNC, j’allume la fraiseuse (réglée sur 3.5 soit 20’000 rpm) et je lance la séquence. Une fois la gravure terminée, j’arrête la fraiseuse. Je change la fraise pour celle de 3mm à bout plat (et 2 flûtes) puis je règle à nouveau le zéro de l’axe Z (sans changer les valeurs X et Y). Je charge le fichier de détourage, j’allume la fraiseuse et lance la découpe. Une fois la découpe terminée, j’éteins la machine et je démonte la plaque de bois (la pièce étant toujours attachée en raison des 0,5mm d’épaisseur non fraisée).
Le tout m’aura pris moins d’une vingtaine de minutes (2′ pour la gravure, 8′ pour le détourage, le reste en manipulation).
Avec un cutter, je détache la pièce finale de la planche (en découpant les 0,5mm restant), puis je passe du papier de verre pour enlever les éclats et arrondir les bords. La pièce est alors prête pour les finitions.
L’enfant peut maintenant la peindre avec de l’acrylique et un gros pinceau. Chaque face est peinte après séchage de la précédente et deux couches ont été nécessaire pour un rendu homogène. La pièce est protégée par deux couches de verni acrylique appliquées également au pinceau.
