MCGLOneS (Machine Cnc Giant LOw coSt)

Pseudo sur le Forum AllinBox: Joyeufetar

Adresse Email : nmarce0gmail.com

 

La présentation complète et détaillée du projet :

étant constamment en train de tenter d'améliorer mon imprimante 3D, je me suis dit qu'il me fallait un nouveau support pour la rendre plus rigide.

J'avais donc dans l'idée de créer une nouvelle frame en bois
(https://github.com/lautr3k/RepRap-iTopie).

Au vu du prix demandé pour générer la frame complète, je me suis dit que je pouvais très bien la faire moi même
(histoire de rester toujours dans l'esprit DIY).

C'est comme ça que m'es venu l'idée de créer une CNC (Commande Numérique par Calculateur).

La machine doit être des plus simples, mais parfaitement fonctionnelle.

Elle doit être facilement maintenable, évolutive au besoin et son coût doit être le plus bas possible.

Je suis finalement tombé sur un projet sur le site de thingiverse qui reprenait toutes les caractéristiques citées
(http://www.thingiverse.com/thing:790533).

Pourquoi réinventer la roue.

La conception de la machine reprenait le principe d'une imprimante 3D, à savoir gestion de 3 axes (x, y et z).

Du coup, ayant déjà l'habitude de ce genre de conception, ça n'a pas été très difficile de comprendre comment tout fonctionnait.

Ni une, ni deux, me voila lancé :)

Je voulais une grande CNC, capable d'usiner de très grande pièce.

Je suis donc parti sur les caractéristiques suivantes :

Zone de travail d'environ 80*80*8cm pour une taille totale d'1m*1m.

Il a donc fallu commencer par imprimer toutes les pièces de la machine et récupérer (dans le même temps) tout le matériel nécessaire au montage de la CNC.

 

Voila la liste des pièces, leurs coûts respectifs ainsi que quelques informations supplémentaires.

Les pièces ont été regroupées par catégorie pour faciliter les choses :

Structure

Mécanique

électronique

Visserie, rondelle et écrou

Divers (parce qu'il faut toujours une catégorie fourre tout)

 

Structure :

Quantité

Nom pièce

Commentaires

Fournisseur

Prix TTC (€)

1

Tube rond 25mm OD 1m

 

Leroy Merlin

5,8

3

Tube rond 25mm OD 2m

 

Leroy Merlin

32,7

4

Corner_Block2

PLA, 40% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

4

Corner_Block_Lock2

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Rouge

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

4

Roller F

PLA, 55% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Rouge

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

4

Roller Lock

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

4

Solder-less Mount

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:823301/#files

0

2

Better Middle Z

PLA, 75% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:931550

0

2

Middle Joiner

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Rouge

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

2

Middle End

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Rouge

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

2

Nut Trap

PLA, 50% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Rouge

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

2

Tool Holder V2

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

1

Z Motor Mount

PLA, 60% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Rouge

http://www.thingiverse.com/thing:806241/#files

0

1

Z Nut Lock

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

1

Rigid Coupler

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:790533/#files

0

1

Z Adjust Knob

PLA, 50% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Argent

http://www.thingiverse.com/thing:729919/#files

0

4

Flex Foot

PLA, 60% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Argent

http://www.thingiverse.com/thing:902483/#files

0

4

Foot Bottom

PLA, 60% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Argent

http://www.thingiverse.com/thing:902483/#files

0

1

Lower_clamp + Lower_main

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Argent

http://www.thingiverse.com/thing:944952/#files

0

1

Upper_clamp + Upper_main

PLA, 70% infill, 0.4 nozzle, 0.26 layer height-Argent

http://www.thingiverse.com/thing:944952/#files

0

1

LCD Cover top

PLA, 25% infill, 0.4 nozzle, 0.3 layer height-Blanc

http://www.thingiverse.com/thing:361089/#files

0

1

LCD Cover bottom

PLA, 25% infill, 0.4 nozzle, 0.3 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:361089/#files

0

1

Ramps 1.4 box base

PLA, 25% infill, 0.4 nozzle, 0.3 layer height-Rouge

http://www.thingiverse.com/thing:761806/#files

0

1

Ramps 1.4 box cover

PLA, 25% infill, 0.4 nozzle, 0.3 layer height-Blanc

http://www.thingiverse.com/thing:761806/#files

0

2

Axe X/Y réglage

PLA, 25% infill, 0.4 nozzle, 0.3 layer height-Noir

http://www.thingiverse.com/thing:1412523/#files

0

1

Bois medium 10mm

112 * 101cm

Leroy Merlin

21,5

1

Bois medium 10mm

101 * 10cm

Leroy Merlin

0

1

Bois medium 10mm

101 * 11cm

Leroy Merlin

0

2

Bois medium 10mm

103 * 11cm

Leroy Merlin

0

 

Pour les pièces plastiques à imprimer, le commentaire se lit de la façon suivante :

Type de filament utilisé, pourcentage de remplissage des pièces, buse d'impression utilisée, hauteur de couche et la couleur du filament.

Pour l'impression des pièces plastiques, il a fallu utilisé une longueur totale de filament de 530.12m, pour un temps total d'impression de 94h05 exactement.

 

Mécanique :

 

Quantité

Nom pièce

Commentaires

Fournisseur

Prix TTC (€)

5

Moteur NEMA17

 

http://www.reprap-france.com/produit/1234568287-lot-de-5-moteur-nema17

60

4

Poulie GT2

16 dents

http://www.ebay.fr/itm/Aluminum-Pulley-2GT-16-tooth-belt-6-mm-GT2-16Z-drive-pulley-/281839652319?hash=item419ef3cddf:g:unwAAOSwAYtWLl8C

12,1

53

Roulements 2-RS

 

http://www.ebay.fr/itm/10-Pcs-ROULEMENT-BILLES-608-2RS-Bearings-palier-Hautes-performances-Acier-gamme-/331098434800?hash=item4d17012cf0:g:NzQAAOSwwE5Waj0t

31,68

1

Courroie GT2

 

Récupération

0

1

Tige filetée

M8 x 1.25 (longueur 26cm)

Leroy Merlin

0,89

 

Electronique :

 

Quantité

Nom pièce

Commentaires

Fournisseur

Prix TTC (€)

1

Ramps 1.4

 

http://www.ebay.fr/itm/3D-Printer-Control-Board-Printer-Control-for-RAMPS-1-4-Reprap-Mendel-Prusa-GU-/351510115707?hash=item51d7a2b57b:g:bxQAAOSwWnFV8TyM

4,75

1

Arduino mega 2560

 

Récupération

0

3

DRV8825 Drivers + radiateurs

 

http://www.ebay.fr/itm/StepStick-DRV8825-Stepper-Motor-Driver-For-RepRap-Prusa-Mendel-3D-Printer-FD-/291570586776?hash=item43e2f61498:g:0ksAAOSwWnFWARVc

5,73

1

Alimentation

Alimentation serveur 1000W

Récupération

0

~450cm

Cablâge électrique

 

http://www.ebay.fr/itm/110m-7-0-2mm-Equipment-Wire-Pack-10m-x-11-Colours-24-AWG-Stranded-/230868753645?

4,2

10

Connecteur dupont

 

Ebay

4

1

Dewalt 660

 

http://www.amazon.com/DEWALT-DW660-Cut-Out-Rotary-Collets/dp/B000051WQX

73,03

1

Transformateur 220->110V

1000W-Pour la Dewalt 660

 

http://www.ebay.fr/itm/281659085402?_trksid=p2057872.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

68

 

Visserie-Rondelle-Ecrou :

 

Quantité

Nom pièce

Fournisseur

Prix TTC (€)

4

Visserie M8x80

http://www.cergy-vis.fr/

25,12

8

Visserie M8x70

http://www.cergy-vis.fr/

0

2

Visserie M8x45

http://www.cergy-vis.fr/

0

2

Visserie M8x40

http://www.cergy-vis.fr/

0

28

Visserie M8x30

http://www.cergy-vis.fr/

0

34

Visserie M4x20

http://www.cergy-vis.fr/

0

22

Visserie M4x16

http://www.cergy-vis.fr/

0

20

Visserie M3x10

http://www.cergy-vis.fr/

0

8

Rondelle M8 Fender

http://www.cergy-vis.fr/

0

8

Rondelle M8 Speed Washer

http://www.ebay.fr/itm/Speed-Washers-for-Skateboards-Skates-Roller-Derby-8mm-Axle-Trucks-Pk8-or-Pk16-/121927353540?var=&hash=item1c636fc4c4:m:mvrMdZOAwa9yjvlTAzXMkrw

8,2

3

écrou M8

http://www.cergy-vis.fr/

0

1

écrou M8x25

http://www.cergy-vis.fr/

0

44

écrou M8 Nylstop

http://www.cergy-vis.fr/

0

36

écrou M4 Nylstop

http://www.cergy-vis.fr/

0

 

Divers :

 

Quantité

Nom pièce

Commentaires

Fournisseur

Prix TTC (€)

20

Collier de serrage

 

http://www.reprap-france.com/produit/1234568320-50-colliers-de-serrage-2-5x100mm

2

1

Ressort

Ressort :DIAM 10,6 mm, Length 30 mm,Wire 0,81 mm

http://www.ebay.fr/itm/Compression-Spring-10-6-mm-Length-30-mm-Wire-0-81-mm-5-Lot6533-/231610851159?

5,22

 

Frais de port divers

 

 

10,2

 

Coût électrique impression des pièces plastiques

 

 

5,66

 

Coût en filament impression des pièces plastiques

 

 

33,22

 

Coût total du projet : 414€

 

 

Passons maintenant à la construction de la machine :

 

Achat et impression de toutes les pièces nécessaires à la construction de la CNC.

 

Pré-assemblage des pièces plastiques qui formeront les coins de la machine.

 

Pré-assemblage des pièces qui serviront au guidage des axes x et y.

 

Pièces de guidage avec les moteurs montés.

 

C'est la partie la plus complexe de la structure. Il s'agit de la partie qui fait la liaison entre les différents axes (x, y et z). Elle est entièrement montée sur roulement pour permettre une translation parfaite sur les tubes lisses.

 

Montage du moteur de l'axe z. L'axe du moteur est relié à un coupleur rigide imprimé. Le coupleur est en appuie sur un roulement pour la transmission du mouvement.

 

Les tubes lisses qui serviront de guide pour la translation de l'axe z. Les tubes ont été complètement nettoyés pour assurer un meilleur mouvement.

 

 

Assemblage des supports pour la fixation de l'outil. Les supports sont fixés directement sur les tubes lisses.

 

Assemblage final de l'axe z.

 

Montage des pièces préassemblées sur les différents tubes lisses.

 

Assemblage des quatre côtés de la machine.

 

Vu d'ensemble de la CNC avec les quatre côtés en place et assemblés.

 

Assemblage des pieds de la machine. Chaque pied est composé de 2 pièces plastiques dans lesquels viennent s'insérer un bout de tube lisse

.

Montage des pieds sur la CNC. Les pieds sont collés directement sur la structure de la machine.

 

Vu d'ensemble de la CNC avec les pieds en place.

 

Mise en place des tubes lisses préalablement nettoyés dans la partie centrale de la machine. Les tubes coulissent librement sur les roulements.

 

Vu d'ensemble de la CNC avec la partie centrale montée et fixée.

 

Partie centrale installée vu de plus près.

 

Petit moment de détente avant la suite. Et cerise sur le gâteau (ou devrais je dire couronne sur le gâteau ?), j'ai eu la fève.

 

Mise en place des courroies pour assurer les translations des axes x et y. Les courroies sont tendues et maintenues grâce à des colliers de serrages sur les coins de la machine.
Les courroies sont entraînées par les moteurs NEMA17.

 

Câblage de la CNC. Le système est géré par un ensemble arduino mega 2560 + ramps 1.4.

Les axes x et y sont montés en parallèle de la façon suivante : ramps vers moteur 1 de l'axe x (ou y) puis du moteur 1 vers le moteur 2
(le câblage passe à l'intérieur des tubes lisses pour une meilleure finition).

Les moteurs sont gérés par des stepstick drv8825 qui ont été réglé chacun à 0.6v selon la formule "Vref = Courant max des moteurs / 2"

(les moteurs ont tous les mêmes propriétés, à savoir un courant max de 1.68A que l'on limite à 70% de leur puissance pour plus de sécurité, soit ~1.2A).

Des radiateurs ont ensuite été rajoutés sur chaque stepstick de la ramps pour les protéger d'une éventuelle surchauffe

(ce qui pourrait provoquer des sauts de pas aléatoire et donc de gros défaut d'usinage).

 

 

L'alimentation utilisée pour gérer les cartes et les moteurs est une alimentation récupérée dans un serveur informatique.
Pour la démarrer sans serveur, il a fallu la pré-câbler pour qu'elle puisse sortir du 12v (je me suis intéressé uniquement au 12v car les autres tensions, 3.3v et 5v, ne me serviront pas).

 

Petit montage rapide (fusible + ampoule 12v) pour valider le fonctionnement de l'alimentation avant le branchement final sur la ramps.

 

Ajout de boîtier sur la ramps et l'écran lcd (qui est utile pour afficher les informations concernant l'usinage en cours) pour les protéger de la poussière que peut engendrer la machine.

Des emplacements pour ventiler la ramps sont possibles si jamais le refroidissement de la carte naturel n'est pas suffisant (possibilité de rajouter 2 ventilateurs de 40*40, branchés directement sur la ramps).

 

Montage de l'axe z de la machine en raccordant l'axe préalablement assemblé à la partie centrale de la CNC.

 

 

Impression de 2 pièces pour un réglage facile des axes x et y. Il suffit d'insérer les pièces pour que les tubes lisses soient parfaitement parallèles et rendre la machine parfaitement d'équerre.

 

Vu d'ensemble de la machine une fois tout assemblée, paramétrée et réglée. Un coffrage a été mis en place sous et autour de la machine pour tout protéger.

 

Premier test de la machine. Pour les tests, un stylo à bille a été monté en place de la fraiseuse de l'axe z. Pour fonctionner correctement, la machine a besoin d'un fichier gcode (au même titre qu'une imprimante 3D).
Pour le générer, je suis parti d'un fichier dxf (des fichiers d'exemples sont trouvable facilement sur le net), puis j'ai utilisé un logiciel
(Estlcam V8, qui est gratuit lors des premières utilisations) qui se charge de la conversion dxf vers gcode.
Reste le lancement de la gravure qui est assuré via Repetier-Host.
La gravure est très rapide, il n'a fallu que quelques minutes pour produire les 3 rendus (couronne, tête de Linx et écriture "4x4").

 

Problèmes rencontrés :

J'ai rencontré 2 problèmes.

Le premier problème était que les moteurs de l'axe x ne tournaient pas simultanément.
Cela provoquait un décalage d'axe assez problématique (de plusieurs centimètres).

Après différents tests (test des moteurs seuls, de câbles différents, vérification de la position des axes, des stepsticks...), je me suis rendu compte que c'était le câblage qui posait problème.
Il y avait en faite un faux contact au niveau d'un des raccords (entre le moteur 1 et le moteur 2).
En repositionnant tout correctement, le problème a disparu.

 

Le second gros souci que j'ai rencontré, c'était un blocage d'axe z.
L'axe se bloquait aléatoirement lors de la montée et/ou descente.

Après démontage et vérification de l'axe en question, la tige filetée qui assurait le mouvement n'était pas parfaitement dans l'axe de sortie du moteur.
Le coupleur (entre les deux) tournait donc légèrement de travers et provoquait le dit blocage.

Après correction, idem, plus de soucis de ce côté la.

 

Conclusion :

La construction de la CNC s'est faite sans grosse encombre (mise à part ceux cités ci-dessus).

Toutes les pièces se sont emboîtées parfaitement et facilement.

Vu que la machine fonctionne sur un ensemble ramps + arduino, la machine peut fonctionner sur un firmware quasi identique à celui d'une imprimante 3D.

Je suis donc parti sur un firmware Marlin paramétré pour la CNC.

Il a seulement faire quelques adaptations pour qu'il puisse fonctionner sans soucis
(par exemple la désactivation des paramètres de température qui n'a aucune utilité pour notre utilisation).

Chaque axe à une vitesse maximale propre qui peut être réglé dans le firmware :

195mm/s pour les axes x et y, 4mm/sec pour l'axe z.

 

Je n'ai malheureusement pas pu tester l'usinage, étant toujours en attente de fraises.

Ce sera donc la prochaine étape.

Mais la gravure fonctionne bien et les résultats sont propres.

Il y a donc de forte chance pour que le résultat d'un usinage soit à la hauteur.

 

Je n'ai aucune idée du temps passé sur la construction dans son détail, vu que quand on aime, on ne compte pas :)

A la louche, je dirais quinze jours/3 semaines le temps de récupérer toutes les pièces nécessaires pour la conception de machine.

94h05 (exactement) pour l'impression complète des pièces.

Quelques jours pour le montage complet de la machine et son paramétrage.

 

Axe d'amélioration possible :

Montage d'un laser pour de la gravure :

Chose simple car il suffit de remplacer la fraiseuse par un laser. Le reste ne changeant pas.

Impression 3D :

Idem, c'est une possibilité simple à mettre en place. La seule chose serait de modifier légèrement le firmware pour qu'il reconnaisse un extrudeur (qui prendrait la place de la fraiseuse).
Il faudrait cependant rajouter des endstops pour chaque axe, sans quoi, un retour à l'origine des axes ne serait pas possible.

 



   
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