Dans un premier temps, j'ai acheté une FilaStruder. J’ai rapidement constaté que la machine ne produisait pas du filament de qualité pour deux raisons :
1) Le moteur a un couple important mais est composé d'un petit moteur qui par l’intermédiaire d'une démultiplication à engrenages donne un couple important. Quand le moteur rencontre une difficulté (ex : une bille de plastique qui reste coincée) les engrenages se "compriment", le moteur tourne plus lentement mais la force augmente. Une fois ce point dur passé, les engrenages "rattrapent leur retard", le débit de sortie varie de façon trop importante.
2) Le filament est libre à la sortie de la machine. La gravité exerce une force sur le filament ce qui a pour conséquence de réduire le diamètre du filament de façon irrégulière. De plus, le filament au contact du sol se charge de poussières.
J'ai donc conçu un complément :

Le filament arrive encore tiède, il est aplati par les roues de tirage. J'ai construit un système de refroidissement plus long.
J’étudie à l’aide de vidéos sur YouTube, le fonctionnement de machines industrielles. J’en conclus qu'il faut extruder à un diamètre x et étirer le filament pour le réduire au diamètre souhaité.
Afin de contrôler le diamètre, je réalise un montage électronique qui affiche la valeur de ce dernier et qui permet de régler la vitesse du moteur de tirage. Il est réalisé avec un TSL1401 : capteur de lumière composé d’une ligne de 128 pixels, qui retourne une valeur de gris pour chaque pixel. Une LED rouge éclaire le filament, l’ombre du filament est projetée sur le capteur. Un algorithme détermine le nombre de pixels sombres. Ainsi le diamètre du filament est calculé.



Le refroidissement à eau est trop complexe, j’éponge régulièrement les fuites d'eau, je réalise une installation plus simple :


Le filament au contact du sol attire les poussières, je réalise une bobineuse avec guidage :


Le fil doit être tendu et guidé pour obtenir des bobines qui se déroulent sans problème.
Le mécanisme de bobinage se met en route lorsque le fil n’est plus tendu.


Le guidage du filament sur la bobine se fait avec un servomoteur mais cette solution ne convient pas. Le prix de revient d’un servomoteur est à peine inférieur au prix d’un moteur Nema17 avec son contrôleur, j’ai opté pour cette solution :



J’ai testé plusieurs petits moteurs avec réduction comme celui présent sur la photo ci-dessus, avec courroie/poulie pour démultiplier la force mais sans résultat concluant. Au moindre point dur, l’extrusion ralentit, le moteur bloque, la courroie saute, etc...


J'ai décidé de passer sur du moteur costaud !
J'achète un treuil palan chez Leroy Merlin avec une force de levage de 400kg. J'ai retiré le moteur, puis effectué un test en actionnant avec la manette d’origine.

Le moteur tourne beaucoup trop vite, il faut donc une solution pour faire varier la vitesse du moteur.
Je m'assure dans un premier temps qu’il s'agit bien d'un moteur triphasé à condensateur (le condensateur joue le rôle de la 3ème phase.)

Je teste dans un premier temps un variateur de tension type halogène. Sans résultat. Je trouve une annonce sur le Bon coin et me rends à Beauvais pour acheter un variateur de fréquence pour moteur triphasé, j'en profile pour visiter la cathédrale :)
J'installe le moteur avec le variateur :

Avec l’aide de Gastoon ainsi que d’autres membres du salon IRC #reprap-fr, on se rend compte qu'il ne s'agit pas d'un moteur triphasé mais d'un moteur monophasé à condensateur permanent, conception relativement rare ! Toutefois, j'arrive à faire fonctionner le moteur avec le variateur de fréquence et à changer la vitesse du moteur.

J'étudie de plus près la fiche signalétique du moteur :

Comme vous pouvez le voir, il est indiqué "S3 20%"
Cela signifie que le moteur peut fonctionner 20% par heure, soit 12 minutes par heure. Il faut 3 à 6h pour fabriquer une bobine de 1kg, ce moteur n’est pas approprié à cet usage !

Je pars à la recherche d’un vrai moteur triphasé avec une plaque signalétique indiquant S1 (Service en continue), je trouve toujours sur le Bon coin deux gros moteurs pour 140€. 1h30 plus tard, je l’installe sur l'extrudeuse et réalise les réglages du variateur de fréquence, ça fonctionne !

Le refroidissement à eau n'est pas nécessaire, le filament était déformé par mon système d’entrainement.

Afin de recycler le filament de mauvaise qualité, je réalise un petit appareil pour découper le filament en petites particules :



La machine ne me donne toujours pas un résultat concluant : le diamètre du filament a un écart de plus de 0,2mm, la machine ainsi construite me semble dangereuse : le moteur de 10kg est installé en hauteur ce qui pourrait faire basculer l’ensemble.
Voici la version suivante qui est proche de la version finale :


L’extrusion se fait à l’horizontale mais la buse de sortie est à la verticale. Le coude en laiton permettant de faire ce changement de plan a pour avantage de lisser les variations de débit induit par le foret à bois.

A ce moment-là, la buse est un simple bouchon percé à 2mm en son centre. Je constate que le filament présente par moment des bourrelets qui résultent de granulés encore froids qui bloquent la sortie du filament (Phénomène visible sur cette vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=3inQg6HcR-E).

Dans un premier temps, Akex_, un membre du salon IRC #reprap-fr a réalisé un filtre sur mesure:

Par la suite, j’ai remplacé le bouchon percé par une vraie buse :

La fixation n’étant plus la même, j’ai changé le filtre par un filtre en acier de mousseur de robinet.
Comme je vous l’ai expliqué plus tôt, des grains froids arrivent au niveau de la buse bien trop tôt, ce qui a eu pour conséquence d’enfoncer mon filtre, j’ai donc rajouté un bout de tôle perforée :

Le filament sort de la buse puis est entraîné par les roues orange. Il forme un U dont le point le plus bas doit être contrôlé. Ainsi le filament a un poids identique et déforme de façon égale tout le filament.
FAIRE LA PHOTO

Au début j’utilise 4 photorésistance, cette technique de détection donne parfois de faux positifs et de faux négatifs. Elle est sensible à la lumière ambiante et la résolution est faible (4 capteurs = 4 valeurs détectables, les entre-deux ne sont pas déterminables).


D’apparence plus compliquée mais en réalité facile à mettre en place, j’ai opté pour la solution suivante : détecter à l’aide d’une webcam la hauteur du filament et utiliser un ordinateur pour les calculs.
Mon objectif initial était de créer une machine totalement autonome mais pour avoir un procédé fiable j’ai finalement opté pour une webcam. A ce stade du projet, j’ai déporté toute la logique de régulation à un ordinateur alors qu’auparavant j’avais délégué ceci à la carte électronique.

Afin de rendre la machine plus facilement reproductible, j’ai cherché un moteur plus standard. J’ai testé un moteur pas à pas Nema34. Ce moteur a l’inconvénient de faire vibrer toute la structure.
Pour pallier à ce problème, j’ai opté pour un moteur triphasé neuf de plus petite taille (par apport au moteur triphasé initial).
Suite à venir….

Remerciment

Je remercie Maman pour avoir supporter mon bricolage dans salon pendant 18 mois.
Je remercie Stéphanie pour avoir financer en grande partie ce projet.

Sur le salon IRC #reprap-fr du serveur IRC Freenode :
Je remercie Gastoon pour le partage de ses connaissances industrielles.
Je remercie Akex_ pour m'avoir supporté tout ce temps.
Je remercie Fas83 pour le partage de ses connaissances en extrusion.
Je remercie Gregorio pour ses compétences de chimiste.
Je remercie Dethegeek pour la correction complémentaire de cet article.
Je remercie Almisuifre pour son aide en électronique.

Sur le salon IRC #arduino-fr du serveur IRC Freenode :
Je remercie Viproz pour l'aide au développement sur Arduino
Je remercie Jerome- pour m'avoir appris à me servir d'un oscilloscope et son aide au développement.
Je remercie PLC pour le routage du PCB.

Et tous les autres :)

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