1. Semaine numérique
Droit et Devoir Asbl
Ir. SAMAWI B.
23 – Avril 2013
Imprimantes 3D

2. Naissance
• Reprap a été initié en 2005 par A. Bowyer, un chercheur
en ingénierie mécanique à l’université de Bath au
Royaume Uni. Reprap signifie “replicating rapid
prototyper”.
• L’objectif étant de réaliser, une imprimante 3D
accessible à tous et capable de reproduire elle meme
ses propres pièces.
• Plus de 50% d’un kit pièces de la Reprap sont des pièces
elles même fabriqués par une imprimante 3D. Le reste
des composants, les “vitamines” étant sensés êtres des
pièces courantes, simple à se procurer : tiges filetées,
écrous, …
• Le coût annoncé de la réalisation de la machine est
annoncé aux alentours de 300€. Avec cette
capacité d’autoréplication, le faible coût et la licence
libre, tout est réuni pour une diffusion large et rapide du
concept.

3. Principe : FDM
• D’un point de vue
technique, la Reprap
fonctionne sur le principe de
l’extrusion d’un filament de
plastique ou FDM (Fused
deposition Modeling).
• L’extrusion du filament de
plastique n’est jamais qu’un
pistolet à collet qui se
déplace sur 3 axes. Ainsi, on
peut déposer ce filament,
par couche d’une épaisseur
inférieure au millimètre, et
construire progressivement
des objets en 3D.

4. Principe : Extrusion
• L’extrusion du filament
de plastique est faite
par une tête chauffée
(hotend) munie d’un
petit trou (0.3mm à
0.5mm), dans laquelle
un filament de plastique
est poussée par un
extrudeur.
• A la sortie un fil à peine
plus gros que le trou,
encore en fusion est
déposé sur la pièce en
cours de réalisation.

5. Matériaux utilisés
• Les deux matériaux les plus utilisés sont l’ABS et le PLA.
• L’ABS, (Acrylonitrile butadiène styrène) est un
polymère présentant une bonne tenue aux
chocs,assez rigide et léger (Carrosserie Méhari, frigos,
lego. Fusion 190 à 230 degrés.
• Le PLA (Acide Polylactique ou polilactide) est un
polymère biodégradable produit par fermentation
de l’amidon de mais. Il est plus rigide et plus cassant
que l’abs. (pots de yaourts, emballage d’œufs, en
chirurgie). Fusion 150 à 190 degréS.
• En fil de 1.75mm (Makerbot, Up!) ou 3mm (Reprap et
dérivés) en bobines ou en couronnes de 100m
(750g), 1Kg, 2,5Kg.

6. Eléments constitutifs
• Un lit chauffant (hot bed), qui accueille la pièce
en cours d’impression. Température de
chauffage 80 degrés pour le PLA et 110 degrés
pour l’ABS
• Un mouvement sur 3 axes de la tête d’impression
par rapport au lit (X/Y/Z).
• Sur la Reprap Prusa, le plateau se déplace en Y
sous la tête, cette dernière se déplacant en X et Z
au dessus du lit.
• Une motorisation faite par des moteurs pas à pas,
un pour le X, un pour le Y, 2 pour le Z et un pour
l’extrudeur.
• Transmission par courroie crantée (X/Y), vis (Z) ou
engrenage (extrudeur)

7. Reprap Family
On distingue 2 grandes familles :
• Les Reprap, qui sont autorépliquantes
• Les Repstrap qui ne le sont pas et sur
fabriquées avec des procédés qui ne
reposent pas sur de l’impression 3D.
• Un nombre impressionnant de déclinaisons
http://reprap.org/mediawiki/images/e/ec/RFT
_timeline2006-2012.png

8. Reprap Prusa
• En Janvier 2011 Adrian Prusa (Prague, enseignant)
redessine la Reprap Mendel en vue de diviser le
nombre de pièces par 2, de simplifier la
fabrication et l’approvisionnement
• La Reprap Prusa Mendel est née.
• Une 2e itération 2 née début 2012
• Une itération 3 est en cours de développement
• Tout est publié en open hardware sur GitHub

9. Reprap Prusa
• L’itération 2, moins intégriste que la
précédent, intègre des guides à billes
(LM8UU) qui facilitent les mouvements du
chariot (X) du bed (Y) et du Z, et
remplacent les pièces de glissement en
PLA
• Elle recommande également l’utilisation
de courroies de 2.5mm et de poulies en
métal au lieu des poulies imprimées
• Elle n’est pas encore largement
distribuée, ou toutes les astuces de
l’itération 2 ne sont pas présentes en
même temps sur une même machine.

11. Quelques grandeurs
• L’impression des pièces d’une Prusa peut prendre plus d’une dizaine
d’heures
• Ordre de grandeur des vitesses moteur: 4800 mm / min pour les X et
Y, 200 mm/min pour le Z.
• Si on pousse un moteur pas à pas trop loin (couple ou vitesse trop
importante), il perd des pas et donc devient inutilisable
• Plus le poids à déplacer est faible, moins il faudra de force pour le
déplacer… et à puissance égale sur les moteurs, plus il sera possible
d’aller vite…
• Un jeu sur de la mécanique… débouche sur de l’imprécision
d’impression… même chose si manque de tension sur les courroies.
Les ronds ne seront pas ronds, et le carrés pas carrés.
• Un coincement sur la mécanique, simule un poids plus important à
déplacer, donc il faudra aller moins vite sinon il y aura des pertes de
as.

12. L’électronique: principes
Nombreux contrôleurs différents, qui reposent tous sur les mêmes principes :
• Un cerveau, à base d’Arduino, même si l’on ne trouve pas toujours une véritable
Arduino dedans
• S’alimente à partir d’une tension de 12V d’une alim de PC (récup) ou dédée
• 2 ou 3 entrées analogiques pour des capteurs de température (thermistances, ou
plus rarement thermocouples K)
• 4 entrées digitales pour mettre des fins de coures mécaniques ou optiques.
• 3 sorties de puissances, sur des MOSFET, pour commander le chauffage de la tête,
du bed et optionnellement une 2e tête ou un ventilo
• 4 à 5 contrôleurs de moteurs pas à pas, soit intégrés sur la carte (rare) soit sous
forme de modules à enficher. Pololu (marque) ou dérivés (Stepstick).
• Une lecteur de carte SD peut être raccordé
• Un LCD peut être raccordé sur certaines cartes

13. L’électronique: RAMPS
• RepRap Arduino Mega Pololu Shield
• Probablement l’électronique la plus utilisée.
• Se plugge sur une arduino Mega
• CI pas fabricable avec des moyens amateur, mais
achetable à faible cout
• Version 1.2, non CMS, soudable par un amateur,
mais pas aussi extensible (pas de 2e extrudeur, etc..)
• Vesion 1.4, CMS, nécessite quelques compétences
pour souder des CMS. Extensible avec un 2e
extrudeur.
• Utilise des contrôles moteur pollolu ou compatibles
• Kits achetables aisément (ebay, e-commerce)
• Ensembles complets disponibles de chine avec
Arduino, Ramps 1.4, Pollolu

14. L’électronique: Generation 7
• Carte électronique simple
face qui peut être gravée à
l’anglaise (fraisage), réalisée
à la maison, ou même câblée
à la main.
• Processeur AT Mega 644 ou
1284
• Entrées pour une alimentation
de PC
• « Best choice » for Diyers?
• Pas recommandé pour les
non électroniciens.

15. L’électronique: Sanguinololu
• Intègre le processeur
AT Mega 644 ou 1284
• Une seule carte
• 4 pollolu
• 3 sorties de puissance
• Facile à utiliser mais
peu extensible.
• Disponible chez de
nombreux fabriquants

16. L’électronique: Generation 6
• Intègre le processeur AT
Mega 644 ou 1284
• Une seule carte
• 4 driver embarqués (non
remplaçables)
• 3 sorties de puissance
• Facile à utiliser mais peu
extensible.
• Disponible chez de
plusieurs fabriquants

17. L’électronique: Printrboard
• Processeur AT90USB1286 ou
AT90USB1287
• Tout est intégré sur la même carte, y
compris les 4 drivers pas à pas. Ces
derniers sont non remplaçables.
• 3 MOSFET (1 heatbed, 1 extrudeur, 1
ventilo)
• Alimentation ATX (PC)
• Micro sd intégrée
• Connecteurs Molex à faible cout.
• Cout: 120 USD

18. L’électronique: Autres cartes
D’autres solutions, en cours de développement :
• R2C2, qui est à base de processeur ARM7,
s’alimente en 24V, et permet de mettre un laser
pour faire de la découpe ou du marquage:
http://reprap.org/wiki/R2C2_RepRap_Electronics
• Megatronics : monocarte avec Mega2560
intégrée, interface LCD, interface clavier, 5 X
pollolu, carte SD, interface thermocouples, 4
sorties puissance MOSFET
http://reprap.org/wiki/Megatronics_1.0
• Et encore bien d’autres :
http://reprap.org/wiki/Comparison_of_Electronics

19. Architecture logicielle
• Un firmware ou micrologiciel sur la carte de commande.
Il est paramétré (adapté) pour l’imprimante
• Un logiciel de pilotage de haut niveau, qui assure la
supervision de l’imprimante 3D et fonctionne sur PC/Mac
/ Linux. Il prend en entrée des fichiers GCODE ou STL
• Un logiciel de tranchage (slicer), qui est appelé le plus
souvent de façon transparente par le logiciel de
pilotage, et convertit du STL en GCODE mais peut être
également utilisé seul
• Des logiciels de CAO afin de conçevoir les pièces, et qui
exportent du STL

20. Workflow
Design 3D avec logiciel de CAO
Openscad, Sketchup, Rhino,
Solidworks, etc.. Mais sortie STL!!!!
Logiciel de
commande
Trancheur (slicer)
Micrologiciel de
l’imprimante

21. Micrologiciel ou Firmware
• Sprinter par Kliment
https://github.com/kliment/Sprinter
• Marlin par Erik Zalm :
https://github.com/ErikZalm/Marlin
• Repetier (attention ne marche qu’avec le logiciel
Repetier): https://github.com/repetier/Repetier-
Firmware
• Autres firmwares sur
http://reprap.org/wiki/Firmware

22. Pré requis pour le micrologiciel
• Environnement Arduino 0022 . Ne pas utiliser la
dernière version (1.0) qui ne peut pas marcher. A
télécharger sur http://www.arduino.cc
• Extentions éventuelles de l’environnement
Arduino pour supporter le microprocesseur si AT
Mega 644 (Sanguinololu, Gen5)
• Cable USB si interface USB, Cable ICSP sinon.
• Savoir ou se trouvent les fins de course (au début
ou à la fin de chaque axe), leur type, le type de
thermistance, connaître la résolution des
contrôleurs pas à pas, etc..

23. Sprinter
• git clone
https://github.com/kliment/Sprinter.git
pour récupérer le firmware
• Le placer dans le répertoire projets de
arduino et l’ouvrir.
• Configurer le firmware avec le fichier
configuration.h
• Programmer avec Arduino 0022
• Tester 

24. Marlin
• git https://github.com/ErikZalm/Marlin.git
• Le placer dans le répertoire projets de
arduino et l’ouvrir.
• Configurer le firmware avec le fichier
configuration.h
• Programmer avec Arduino 0022
• Tester 

25. Repetier
• git clone
https://github.com/repetier/Repetier-
Firmware.git
• Le placer dans le répertoire projets de
arduino et l’ouvrir.
• Configurer le firmware avec le fichier
configuration.h
• Programmer avec Arduino 0022
• Tester 