Logiciels utilisés : Inkscape
Machines utilisées : Découpeuse laser (On’l’fait)
Temps de réalisation : ~45′ à 120′ selon le design et la taille
Prix : selon les dimensions et les matériaux
Résumé :
Création d’une boite en bois et plexiglass en 2,5D sous Inkscape et par découpe laser.
Avant propos.
Le SEMLab ne disposant pas de découpeuse laser (voir l’article), l’exemple d’illustration a été réalisé chez l’un de nos partenaires. Selon le cas, il est également possible de réaliser les pièces avec les fraiseuses numériques du SEM Lab.
Le design a été réalisé entièrement sous Inkscape. Les étapes importantes étant ainsi réalisées manuellement, elles favorisent la compréhension de la correspondance 2D – 3D, propre à la 2,5D. Pour les gens pressés, ou pour les designs plus complexes, il existe des générateurs automatiques comme Boxes.py.
Étapes de « CAO » :
0 – Concept et prise de mesure. Avant de débuter la CAO, il est nécessaire de déterminer les dimensions de la boîte et l’épaisseur des matériaux qui seront utilisés. Réaliser un croquis à la main peut s’avérer utile pour visualiser les différentes pièces. Dans Inksape, assurez-vous d’avoir sélectionné les [mm] comme unité de référence, dans le menu « propriétés du document » (Ctrl+Maj+D). Il est possible à tout moment de vérifier des dimensions grâce à l’outil « Règle » (M).
1 – Création des surfaces extérieures sous Inkscape. A l’aide de l’outil « Rectangle » (F4), créez les surfaces extérieures des différentes faces. Dimensionnez-les correctement en utilisant les paramètres « L » et « H » situés juste sous la barre de menu. A noter qu’une fois les rectangles convertis en chemin (étape suivante), ils ne pourront plus être facilement dimensionner (il faut supprimer les contours pour obtenir les dimensions correctes). Il est inutile de créer toutes les faces si certaines sont parallèles. En effet, les planches découpées pouvant être utilisée dans un sens ou dans l’autre. Ainsi, sur une boîte parallélépipédique rectangle, il ne faut dessiner que 3 faces (Avant, Latérale, Supérieure).
2 – Création des emboîtements : ajout des nœuds. Après avoir converti les rectangles en chemin (Ctrl+Maj+C), il faut ajouter des nœuds de façon régulière. Pour cela, il suffit d’utiliser la fonction « Ajouter des nœuds » de l’outil « Modifier le chemin » du menu « Extensions« . Sélectionnez l’option « Par nombre de segments » et réglez le paramètre sur une valeur appropriée (de préférence impaire). Attention, cette méthode va dédoubler le point de départ (généralement en haut à gauche), il est conseillé de fusionner les 2 points (après sélection par un rectangle de sélection) à l’aide du bouton « Joindre les nœuds sélectionnés » de l’outil « édition des nœuds » (F2).
3 – Création des emboîtements : décalage des segments. Avant d’effectuer le décalage des segments pour l’emboîtement à queue droite, il faut dédoubler les points. En mode « édition des noeuds » (F2), commencez par les sélectionner (avec un rectangle de sélection et la touche Maj en cas de sélection en plusieurs étapes). Alternativement, vous pouvez sélectionner tous les points (Ctrl+A) puis déselectionner les 4 coins (Maj + clic gauche). Dupliquez-les avec le raccourci « Maj+D ». Désélectionnez les points (clic gauche à côté du tracé) puis sélectionnez les segments à décaler (en cliquant dessus avec la touche Maj enfoncée) en alternance, d’un seul côté. Modifiez la valeur X ou Y (sous la barre de menu – en fonction du côté) pour décaler les segments vers l’intérieur, de l’épaisseur du matériau qui va s’insérer. Répétez l’opération pour les autres côtés de toutes les zones d’emboitement. N’hésitez pas à déplacer les formes (F1 + magnétisme) ou utilisez la règle (M) pour vérifier l’exactitude des emboitements.
4 (optionnel) – Ajout de gravures. Les découpeuses laser ou les fraiseuse numériques sont capables d’effectuer des gravures (découpes incomplètes). Si tel est le cas, il peut être nécessaire de dupliquer des formes (Ctrl+D après sélection) voir d’utiliser les outils de symétrie (V ou H), pour réaliser le plan de toutes les faces.
5 – Préparation à la découpe laser. Selon la machine utilisée, la préparation n’est pas forcément la même. Demandez au Fablab manager (email en haut à gauche de ce site), les paramètres à utiliser et la préparation nécessaire. Dans tous les cas, dimensionnez le document (Ctrl+Maj+D) selon les planches à disposition et agencez-y les différentes pièces.
Exemple :
Pour cet exemple, je vais réaliser un caisson pour la petite fraiseuse du SEMLab. Il s’agit de réaliser un parallélépipède rectangle le plus haut possible (selon les planches à ma disposition), sans fond, et avec la face avant réalisée en plexiglass plutôt qu’en bois.
Je dispose de planches de contreplaqué de 6mm d’épaisseur en 30x60cm, et de plexiglass de 3mm d’épaisseur. En plus du collage, la structure sera renforcée par de petite vis (en raison des vibrations importantes de la fraiseuse). Je réalise donc un rapide croquis pour noter mes mesures. La boite fera 43cm de côté, et pour la hauteur, je décide de me limiter à 27 cm, puisque mes planches mesurent 30cm de côté et qu’il faut toujours prévoir une marge.
J’ouvre Inkscape et je m’assure que l’unité par défaut soit le millimètre (dans les propriétés du document – Ctrl+Maj+D). Avec l’outil « Rectangle » (F4) je dessine un rapide rectangle sans me soucier de sa position ni de ses dimensions. J’édite la largeur (L) et la hauteur (H) directement dans les paramètres, sous la barre de menu, pour qu’elles correspondent à l’un de mes côtés (43×27 cm). Je converti ensuite ce rectangle en chemin (Ctrl+Maj+C). A partir de là, je ne pourrai plus me fier aux paramètres L et H car l’épaisseur du contour sera pris en compte par Inkscape.
J’ajoute maintenant les points supplémentaires à l’aide de la fonction « Ajouter des nœuds » de l’outil « Modifier le chemin » dans le menu « Extension« . Je sélectionne l’option « par nombre de segments » que je règle sur 19. J’applique puis je ferme la boite de dialogue (car elle ne se ferme pas toute seule). Je repère la duplication du point de départ (qui s’affiche différemment, généralement il s’agit du coin supérieur gauche), que je vais supprimer (en sélection les 2 points par un rectangle de sélection en mode « édition des nœuds » – F2) à l’aide du bouton adéquat (« Joindre les nœuds sélectionnés« ).
Je vais ensuite sélectionner tous les nœuds (Ctrl+A en mode « édition des nœuds » – F2) sauf ceux des 4 coins (Maj+clic gauche pour les déselectionner) pour les dupliquer (Maj+D). Je passe ensuite en « sélection générale » (F1) et je duplique tout l’objet (Ctrl+D), que je déplace aussitôt. En effet, les faces avants et les faces latérales ont les mêmes dimensions mais des emboîtements complémentaires. J’ajoute des textes (F8) pour repérer mes faces. Et j’en profite pour ajouter un carré de 43x43cm (face supérieure) qui subit la même préparation que les autres faces.
Je repasse en « édition des nœuds » (F2) et je sélectionne un segment sur deux (Maj+clic gauche sur chaque segment) du côté supérieur. J’édite ensuite la valeur Y (sous le menu) pour réaliser un décalage de 6mm (l’épaisseur de ma planche) vers l’intérieur (toujours). Je répète l’opération pour chaque côté de chaque face, impliqué dans un emboîtement. Je m’assure d’alterner les segments sélectionnés entre les faces d’un emboîtement. Je n’hésite pas à déplacer mes formes (F1 et magnétisme activé) pour m’assurer que l’emboîtement soit correct. Dans ma situation, 3 plans suffisent car même si j’ai des épaisseurs de planches différentes entre l’avant et l’arrière, elles s’encastrent de la même façon dans les panneaux latéraux et la face supérieure, car j’ai choisi un nombre impaire de segments.
Il me reste maintenant à régler le problème de la face supérieure, dont les dimensions excèdent les planches à ma disposition (43x43cm pour 30x60cm). Je dois donc la couper en 2 parties. J’aurais pu la séparer en 2 parties parfaitement symétriques pour m’économiser un plan de découpe, mais en gaspillant du bois. Je fais donc le choix d’optimiser la taille d’une des parties pour être le plus proche possible de mes 30 cm (moins la marge). J’utilise la règle (M) pour repérer le segment de l’emboîtement le plus adéquat. Je sélectionne le côté latéral du segment en mode d’édition des nœuds (F2) et grâce au bouton adéquat (« Supprimer un segment entre deux nœuds non terminaux« ), je le supprime sans supprimer les nœuds. Je fais pareil avec le segment correspondant sur le côté opposé de mon objet. Je sélectionne maintenant les 2 nœuds « intérieurs » (Maj + clic gauche) et j’utilise le bouton adéquat (« Joindre les nœuds terminaux sélectionnés par un nouveau segment« ) pour créer un segment entre eux . Je fais de même avec les 2 nœuds « extérieurs ». J’ai désormais 2 tracés corrects, mais toujours liés dans le même objet. Je sépare donc les deux (Ctrl+Maj+K) pour les disposer indépendamment sur mon document.
Je sauvegarde mon document sans me soucier de la position exacte des éléments, car selon la découpeuse laser utilisée, la préparation des tracer va différer. La création (prise de mesures comprises) m’aura pris une petite vingtaines de minutes. J’aurai pu ajouter un préperçage pour les vis, mais les réaliser à la perceuse directement me prendra que peu de temps (et je devrai de toute façon percer l’autre planche dans sa tranche).
Étapes de « FAO » :
Remarque : Tous les matériaux ne peuvent être utilisés avec une découpeuse laser. Assurez-vous de disposer de matériaux compatibles.
Prévoyez un échantillon supplémentaire pour faire les ajustements des paramètres de gravure et de découpe.
0 – Détermination des paramètres. A l’aide d’un échantillon, testez les différents combinaisons de vitesse et de puissance pour obtenir une découpe et une gravure optimale. Cette étape doit être répétée à chaque matériau ou entre des découpes espacées de plusieurs semaines (la puissance du laser diminue en fonction de son utilisation et de la propreté des lentilles).
1 – Création des instructions machines. A l’aide du logiciel adapté à la découpeuse, préparez les découpes et les gravures en utilisant les paramètres adéquats. Renseignez-vous auprès du FabLab Manager (email en haut à gauche de ce site).
2 – Mise en place du matériau et réglage du Z. La planche est placée dans la machine et positionnée correctement. Il peut être nécessaire de scotcher celle-ci à la grille, en particulier si elle est voilée (attention, le scotch va laisser des marques de brûlure au passage du laser). Une fois en place, réglez la hauteur (axe Z) selon la procédure adéquate, afin de focaliser le faisceau laser de façon optimale.
3 – Gravure et découpe. Lancez la gravure et la découpe selon la procédure adéquate.
4 – Récupération des pièces. Après la découpe, laissez la ventilation extraire toutes les fumées, puis récupérez les pièces et enlevez les débris.
5 – Assemblage. Après avoir monté « à blanc » la boite et procédé aux ajustements nécessaires, encollez les surfaces d’emboîtement et réalisez le montage définitif. Utilisez des sangles, des serre-joints ou des vis pour stabiliser la structure le temps du séchage de la colle. A notez que selon les matériaux, il peut être nécessaire de poncer légèrement la surface brûlée pour améliorer l’encollage.
Exemple :
Dans cet exemple, la découpe a été réalisée au FabLab « On’l’fait ». Le logiciel CAM utilisé est Lightburn, et permet de générer le g-code qui sera lu par la machine. D’autres logiciels peuvent écrire du g-code dédié à cette machine, notamment Inkscape via un plug-in (non-installé au SEM).
La première étape consiste à déterminer les paramètres de découpe (vitesse et puissance) adaptés à mes matériaux. Sous Lightburn, je crée des petits carrés, et j’assigne un vitesse différente (la puissance étant de toute façon à 100% pour une découpe) à chacun d’eux. Le Fablab Manager va m’aider à déterminer ma gamme de test. J’effectue ensuite le test sur un échantillon (la procédure n’est pas détaillée dans ce tutoriel).
Une fois les bons paramètres déterminés (un pour le bois et un autre pour l’acrylique), je peux ouvrir mon fichier SVG. Tous les tracés vont être visibles. Il me faut donc les positionner un à un et assigner une autre couleur que mon noir d’origine. Je désactive la génération du g-code pour les tracés restants (ceux en noir), et je paramètre mon tracé actif avec la valeur testée auparavant. J’effectue une prévisualisation avec le génération d’aperçu, puis je crée le G-code correspondant. Je procède ainsi pour tous mes tracés (dont les g-codes sont nommés de façon équivoque), soit 5 fichiers g-code (Latéral, Avant, Arrière, Supérieur 1 et Supérieur 2).
Je charge un premier fichier sur la découpeuse laser, et je procède à l’installation du matériau (pour le bois, je suis obligé de fixer les planches les plus voilées avec du scotch de masquage). Je positionne manuellement le point 0;0 sur le coin inférieure gauche de ma planche, et je règle la focale. Je referme le capot, j’allume l’alimentation du laser et l’extracteur de fumée et la découpe peut commencer.
Une fois la découpe terminée, j’attends l’évacuation de la fumée et je récupère ma pièce découpée. J’enlève le reste de planche et je recommence les opérations pour la découpe suivante. Une fois toutes les découpes réalisées, j’éteins la découpeuse laser et ses différents éléments.
Les tests, la génération du g-code et l’ensemble des découpes m’auront pris environ trois quarts d’heures.
Je passe maintenant au montage. Je commence par percer l’emplacement pour les vis avec une petite mèche. Je passe ensuite au montage test, sans colle. Tout s’emboîtant parfaitement, j’encolle alors le bois de 3 planches et je réalise le premier montage. Avec la perceuse, je termine les trous et je vis les panneaux entre eux (me dispensant d’utiliser des serre-joints). J’encolle et perce les autres panneaux au fur et à mesure et je termine avec l’acrylique (qui ne peut pas être collé avec la colle à bois).
Après plusieurs heures (pour laisser la colle sécher), ma boite est terminée et peut être posée sur la fraiseuse du SEM Lab.
L’application boxes.py (https://www.festi.info/boxes.py/) permet la génération de fichiers vectoriels pour la découpe laser à partir de différents paramètres (épaisseur, encombrement, etc). J’ai de bons résultats avec notre découpeuse laser.
Cordialement,
Bonjour,
oui Boxes.py est mentionné dans l’Avant-propos. Il existe d’autres générateurs (MakerCase, Make a box, Laser Cutter Box) de boîtes, mais leur usage est moins pédagogique que de le faire manuellement (ce qui était le but de l’article).
Cordialement.
B.Emery