Logiciel utilisé : Inkscape
Machine utilisée : Flux Hexa
Temps de réalisation : 60′ à 90′ selon la complexité.
Prix : ~7.- pour un rack de 24 téléphones
Résumé :
Créer une boite de dépôt de téléphones pour ses classes, grâce à la découpeuse laser, à partir de plans trouvés sur internet.
Avant propos.
Ce projet a été réalisé en collaboration avec J. Thévenaz du collège Voltaire.
On trouve de nombreux plans pour de la découpe laser sur internet, le plus souvent aux formats DXF et CDR. Dans la plupart des cas, ils ne sont pas directement utilisables et nécessitent des adaptations. C’est le sujet principal de cet article.
Étapes de CAO :
1 – Correction des plans. A l’ouverture des fichiers sous Inkscape, l’on constate parfois que l’échelle de référence (sous « Propriétés du document« ) n’est pas correcte et les dimensions du document ne conviennent pas à la machine du SEM Lab. la première étape consiste donc à transférer les objets sur un nouveau document de type SVG afin de corriger le problème d’échelle et pouvoir travailler sereinement. Il suffit pour cela de sélectionner tous les objets et de les copier (Ctrl+C), puis d’ouvrir un nouveau document SVG et d’effectuer un « Coller sur place » (à partir du menu « Édition« ). Il faut également redimensionner le document aux dimensions des planches disponibles à partir des « Propriétés du document » du menu « Fichier » (ou Ctrl+Maj+D).
2 – Retouches de la géométrie (mise à l’échelle). Selon les plans d’origines, il peut être nécessaire d’adapter les encoches à l’épaisseur du matériau. La première étape consiste donc à prendre des mesures des tracés, à l’aide de la règle (M). S’il faut adapter les encoches à l’épaisseur du matériau, le plus simple est généralement de passer par un redimensionnement général, grâce à la boite « Transformer » (Ctrl+Maj+M) en utilisant les pourcentages (et la « règle de trois ») tout en veillant à bloquer le ratio XY. Remarque : Il peut être nécessaire de commencer par grouper les segments d’une même pièce avant d’effectuer des modifications, en particulier si le fichier d’origine était en DXF.
3 – Retouches de la géométrie (autres modifications). Si vous souhaitez modifier les dimensions des pièces, il faut commencer par aligner (voir tourner) toutes les pièces concernées (sans se soucier de leur positon sur le document) afin d’effectuer toutes les corrections concernant une jointure en même temps. Après avoir sélectionné les points concernés (avec l’outil de sélection des nœuds – F2) de tous les objets en question, on effectue les déplacements avec les flèches du clavier (en comptant le nombre d’itérations) ou en entrant directement les nouvelles coordonnées X (ou Y). Remarques : si certaines pièces sont en plusieurs exemplaires, le plus simple est de n’en modifier qu’une seule, puis de dupliquer l’objet après modification.
4 – Préparation à la FAO. Plusieurs considérations vont guider cette étape, celles-ci dépendent de la machine qui sera utilisée, du type d’opération à réaliser et du nombre de planches différentes qu’il faut utiliser. La première question est liée au matériau à disposition : est-ce que toutes les pièces tiennent sur une seule planche ? La seconde dépend de la machine : est-ce que cette planche entre dans la machine ? Si l’on peut répondre oui à chacune des deux questions, alors la préparation sera très simple, sinon la préparation sera plus longue. Si vous n’êtes pas familier avec cette étape, il est préférable d’en discuter avec le FabLab Manager, qui pourra vous guider au mieux sur votre projet. S’il existe des variantes dans la préparation des fichiers en fonction des machines existantes, on peut cependant dégager une règle commune : chaque tracé devant subir la même opération (avec les mêmes paramètres) doit avoir les mêmes caractéristiques (contour, couleur, fond, etc.) sous Inkscape. Si plusieurs planches différentes doivent être coupées, il est alors préférable d’avoir 1 fichier vectoriel pour chaque planche.
Exemple :
A l’ouverture du fichier CDR d’origine (récupéré sur 3axis.co), sous Inkscape, nous constatons que l’échelle de référence n’est pas correcte et les dimensions du document ne conviennent pas à la machine du SEM Lab. Nous commençons donc par copier-coller les objets dans un nouveau document SVG dont les dimensions sont 600×300 mm (le format de nos planches) et l’échelle fixée à 1 « unité utilisateur par mm ». Comme le tout est peu lisible, nous épaississons le trait des contours à 1mm à partir de la boite « Fond et contour ».
Temps total de cette partie : moins de 5 minutes.
Nous passons maintenant à la vérification de la géométrie, à l’aide de la règle (touche M). Les encoches mesurant 3,1mm et notre bois 3mm, il n’est pas nécessaire de retoucher cette partie. Remarque : Sachant que l’on va perdre environ 0,2mm de matière de part et d’autres en raison du processus de fabrication, nous aurions pu retoucher légèrement celles-ci. Mais l’épaisseur du bois n’étant pas toujours constante (notamment en fonction du taux d’humidité) et qu’il est plus facile d’ajouter de la colle que de limer le bois, il est préférable ici de ne rien modifier.
Les pièces les plus longues dépassant de peu la hauteur de nos planches, nous décidons de retoucher la géométrie globale pour économiser du bois. Après avoir regroupé les différents objets composant une même pièce, et supprimé les exemplaires multiples, nous repositionnons ces groupes pour procéder aux déplacements des points concernés. Dans notre cas, la plupart des pièces étant symétriques et composées de 2 tracés en miroir, nous n’effectuons les corrections que sur une moitié, avant de recréer la moitié manquante par duplication, symétrie puis alignement (avec l’aide du magnétisme).
Les points à corriger sont sélectionnés sur tous les objets en même temps, avec un rectangle de sélection. Remarque : il peut être préférable d’utiliser l’option « Combiner » (Ctrl+K) plutôt que de « Grouper » (Ctrl+G) afin de faciliter les rectangles de sélection. La contrepartie est qu’il faudra ensuite « Séparer » (Ctrl+Maj+K) le tout avant de repositionner les objets. Dans notre cas, une dimension exacte n’étant pas nécessaire, nous procédons en déplaçant les points sélectionnés (illustration à droite) grâce aux flèches du clavier, tout en comptant le nombre d’itération (afin de reproduire la même modification à tous les endroits nécessaires). Une fois les déplacements effectués, nous vérifions avec la règle (« M ») que l’espace restant est suffisant pour y ranger un « téléphone standard », ce qui est le cas. En raison de la symétrie et de la disposition de l’espace situé de part et d’autre de la ligne de symétrie, pour les points médians, nous n’effectuons que la moitié du déplacement (donc du nombre d’itération).
Il faut maintenant recomposer les demi-pièces en pièces complètes. Premièrement, nous effectuons une duplication (Ctrl+D) des objets concernés, puis nous appliquons l’opération de symétrie correspondante (ici horizontale, avec la touche « H »). Après avoir activé le magnétisme, les demi-pièces retournées sont alignées sur les demi-pièces d’origine. Grouper (Ctrl+G) les 2 demi-pièces facilitera les manipulations ultérieures. Dans notre cas cependant, comme le nombre final d’objets produits sera important, nous allons fusionner les deux demi-tracés en un seul. Pour cela, nous sélectionnons les 2 points superposés des demi-pièces, puis nous les fusionnons grâce au bouton prévu à cet effet (« Joindre les nœuds sélectionnés »). Remarque : La fusion des 2 demi-objets permettra d’optimiser le temps de découpe de chaque pièce, en supprimant des déplacements inutiles entre les « demi-découpes ». Si un seul exemplaire de l’objet était produit, le temps nécessaire à la fusion n’aurait pas été compensé.
Pour terminer, le collège Voltaire souhaitant graver leur logo sur leur boîte, nous ajoutons celui-ci à notre plan, redimensionné et positionné correctement sur la pièce correspondant à l’avant de la boîte. L’objet « gravure » est ensuite groupé avec l’objet définissant la découpe de cette pièce, pour faciliter les manipulations futures.
Temps total de cette partie : ~15-20 minutes.
Nous passons maintenant à la préparation de la découpe pour les planches et la machine à disposition. La machine utilisée sera l’Hexa du SEM Lab, et les planches mesurent 30x60cm. Etant donné le nombre de pièces, il faut plus d’une planche pour réaliser la boîte. De plus, deux types d’opérations « laser » sont nécessaires (la gravure du motif et la découpe des pièces), nous avons alors plusieurs approches possibles pour préparer les fichiers. Nous optons pour une représentation des planches par des « calques » plutôt que par des fichiers séparés, cela permet d’accélérer la manipulation des objets et de la machine, mais nécessite plus d’attention et d’expérience dans la création du fichier vectoriel.
Après avoir réparti les objets sur les 2 calques nécessaires (grâce à l’opération « Déplacer vers calque… » disponible depuis le menu contextuel du clic droit), nous les disposons afin d’optimiser l’espace utilisé et nous collons les objets les uns aux autres autant que possible. Remarque : Afin d’éviter tout départ de feu lors de la découpe, un segment de découpe ne peut pas être trop proche voir superposé à un autre. Il est toutefois possible de supprimer l’un des 2 segments superposés en utilisant le bouton « Supprimer un segment entre deux nœuds non-terminaux », après la sélection du segment en question en mode « sélection de points » (F2). En supprimant un certain nombre de segments, nous gagnerons du temps lors de la découpe. Cette opération nécessite cependant d’être très attentif (car les segments superposés ne sont pas visibles) et compliquera toute opération de modification ultérieure des pièces (il est donc recommandé de faire une sauvegarde avant modification). Le temps investi dans l’opération n’est rentable que si plusieurs exemplaires de la boîte seront produits, ce qui est le cas ici.
Le logiciel pilotant la découpeuse laser, Beam Studio, accepte deux façons de définir les tâches: soit en fonction de la couleur des objets, soit en fonction de leur assignation à des calques. Dans notre cas nous avons utilisé 2 calques, chacun représentant une planche différente. Or sur l’une des 2 planches, 2 opérations différentes doivent être réalisées (la gravure et la découpe). Plutôt que de déplacer la gravure sur un 3e calque, nous optons pour un codage selon la couleur, ce qui est par ailleurs bien plus visuel. Nous sélectionnons toutes les pièces du premier calque (qui ne contient que l’opération « découpe »), et nous lui attribuons une couleur de contour bleu (et aucun fond), avec une largeur de 0,1mm. Pour le second calque, tous les objets reçoivent initialement un contour rouge de 0,1mm et aucun fond. Puis dans un deuxième temps, les objets de la gravure sont modifiés pour n’avoir qu’un fond noir et aucun contour. Remarque : En ayant réparti les objets sur des calques différents, il est aisé de modifier tous les objets d’un calque donné d’un seul coup, car l’opération de « sélectionner tout » (Ctrl+A) se restreint au calque actif, sans se soucier des autres calques. Par ailleurs, il est aisé de visualiser le contenu d’un seul calque, en masquant tous les autres.
Temps total de cette partie : ~15 minutes.
Étapes de FAO :
1 – Initialisation de la machine. La découpe laser nécessite généralement de définir correctement la distance entre la surface du matériau et la lentille convergente. Par ailleurs, le positionnement de la tâche sur la surface de travail ne se fait qu’après un scan de la zone de travail, afin de parfaitement aligner matériau et tâche.
2 – Test des paramètres. Avant de réaliser les pièces en série, il est nécessaire d’effectuer un test des paramètres laser sur le matériau en question. Plusieurs fichiers préprogrammés existent pour ce type d’opération et si ceux-ci ont déjà été réalisés sur le même matériau, il est possible de réutiliser les paramètres déjà définis. Attention toutefois avec le bois, ce dernier n’est pas d’une grande homogénéité, ni au sein d’une même essence, ni au sein d’une même planche. Par ailleurs, la puissance du laser diminue avec son utilisation, il est donc nécessaire de répéter les tests de temps en temps.
3 – Paramétrage des tâches. Lors de l’ouverture du fichier vectoriel, il faut indiquer au logiciel la façon dont les tâches sont codées. Puis pour chacune d’elle, il faut déterminer le type de tâche (gravure bitmap ou découpe vectorielle), l’ordre et les paramètres de celles-ci. Il reste encore à aligner les tâches au bon endroit, en se servant du scan de la surface de travail.
4 – Exécution. Il ne reste plus qu’à exécuter les opérations. Le logiciel est généralement capable d’estimer le temps nécessaire à l’ensemble des tâches, ainsi que d’indiquer le temps restant.
Exemple :
Le matériau utilisé dans notre cas est du MDF de 3mm d’épaisseur de chez Trotec. Nous chargeons une planche de test dans la machine et réalisons le réglage du focus, avant de lancer des tests de paramétrage. Les tests de coupes et de gravures ont permis de déterminer les paramètres optimaux, qui sont de 30% de puissance et 200 de vitesse pour la gravure, et 60% de puissance et 10 de vitesse pour la découpe.
Temps total de cette partie : ~15 minutes.
Maintenant que les paramètres sont connus, il suffit d’installer une planche dans la machine et de réaliser un scan des bords de la planche (pour réaliser l’alignement). Lors du chargement du fichier SVG, le logiciel nous demande la façon dont les informations sont codées. Dans notre cas, il s’agit d’un code par couleur. Trois calques sont automatiquement créés avec les tracés de découpe et de gravure. Nous sélectionnons tous les tracés puis nous les ajustons à notre planche, grâce au scan préalablement réalisé.
L’étape suivante consiste à entrer les paramètres pour chaque calque et de s’assurer de l’ordre des opérations. Puis, nous masquons l’opération pour la seconde planche, avant de lancer la découpe. Une fois la découpe effectuée et les pièces retirées de la machine, nous chargeons la seconde planche (en plaçant des morceaux de scotch pour repérer l’emplacement de la planche il n’est pas nécessaire de refaire un scan). On inverse la visibilité des opérations, pour cette fois réaliser les découpes de la seconde planche.
Une fois le tout terminé, la machine est nettoyée.
Temps total de cette partie : ~30 minutes.
La dernière étape est l’assemblage et le collage des pièces.
