FreeCAD - préparation du programme

22 mai 2019

Impression 3D
du train épicycloïdal en chevrons

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On rappelle que l'impression 3D de ce train épicycloïdal est réalisée par le programme se trouvant dans le fichier

"000-train_epicycloidal_en_chevrons.scad"

Quelques problèmes sont apparus lors de la modélisation du train. Mais au bout du compte, le programme est somme toute suffisamment paramétrable pour obtenir une impression proche de celle désirée mais sur laquelle planent quelques incertitudes quant à la qualité d'engrènement des pignons et la précision des éléments qui devront le faire fonctionner.

Voici, par exemple ci-contre, avec des corrections, un train de 8 satellites de 40 dents, d'un planétaire de 80 dents et d'une couronne de 200 millimètres de diamètre qui ne serait pas imprimable à cause de la plateforme trop petite de l'imprimante de mon petit-fils et des dents à la limite de sa précision.

Il s'agit donc de réaliser l'impression du train proprement dit, de son support et des accessoires pour le contrôler. Voici donc la petite machine complètement démontable dévoilée en avance par les deux images ci-dessous. Elles ont été rajoutées après coup à la fin de la réalisation du projet :

Côté porte-satellites

Côté planétaire

Ce fascinant système d'engrenages permet de mettre en évidence le fonctionnement d'une transmission variable continue. Pour ce faire, en tournant les deux manivelles dans les deux sens, on peut observer le comportement de la couronne. Par exemple, sur une voiture hybride, on peut concevoir que :

- la manivelle du porte-satellites correspond à une connexion au moteur thermique,

- la manivelle du planétaire à celle du moteur électrique alimenté :

• soit par l'alternateur du moteur thermique quand il tourne,

• soit par les batteries

- la couronne à celle des roues à travers le différentiel qui est aussi un train épicycloïdal.

On pourra voir que cette transmission permet de fonctionner :

- en mode thermique pur : en bloquant le moteur électrique,

- en mode électrique pur : en arrêtant le moteur thermique,

- en mode hybride : en faisant tourner les deux moteurs en même temps.

- en mode démarrage : en bloquant les roues (couronne bloquée) et en faisant tourner le moteur électrique jusqu'à démarrage du moteur à son régime minimal de ralenti,

- en mode régénération (mode freinage électrique) : en roulant avec le moteur thermique tournant, la couronne entraîne le moteur électrique qui, réversible, recharge les batteries,

- en mode économique : le moteur thermique tournant à un régime constant donné donc à pollution et usure minimales, la vitesse du véhicule est alors contrôlée uniquement par le régime appliqué au moteur électrique,

Ce train peut donc remplacer purement et simplement la boîte de vitesses et l'embrayage d'une automobile. On peut aisément imaginer que deux manettes au volant suffiraient pour sa conduite :

- l'une serait l'accélérateur,

- l'autre serait un variateur,

- et une pédale pour le freinage d'urgence et de parking.

Les fichiers ".stl" créés par le modeleur OpenSCAD sont traités ensuite par le processeur d'impression 3D "Ultimaker-Cura" (ICI). On ne s'est pas préoccupé du rapport de transmission puisqu'il s'agit d'une démonstration. On rappelle ici les caractéristiques du train :

-	module	:	2,12 millimètres
-	épaisseur du train	:	15 millimètres
-	angle de vrillage (hélice)	:	10°
-	nombre de satellites	:	5
-	nombre de dents du planétaire	:	15
-	nombre de dents des satellites	:	10
-	angle de correction du vrillage des satellites	:	5°
-	angle de correction du vrillage de la couronne	:	-5.5°

Ces données engendrent un train dont la couronne fait 100 millimètres de diamètre.

Pour générer les fichiers ".stl", il convient d'afficher le composant désiré en mettant son drapeau à "true" et tous les autres à "false".

Une petite remarque :

La buse utilisée sur l'imprimante a un diamètre de 0,4 mm. Il a été constaté que les lignes contigües de PLA ne se touchaient pas rendant la pièce sans cohésion. Il y a peut-être un problème d'imprimante. Pour remédier à cette anomalie, il a été configuré une buse de 0,15 mm de diamètre pour rapprocher les lignes de matière ce qui a allongé le temps d'impression.

1 - Création des fichiers du planétaire :

L'impression du planétaire est tout simple. On l'a percé pour le passage de son axe solidarisé grâce à une clavette prisonnière car il devra être contrôlé par une petite manivelle.

1.1 - le pignon :

Les fichiers sont :

- "planetaire_pignon.stl",
- "planetaire_pignon.3mf",
- "planetaire_pignon.gcode",

impression 3D planétaire préparation
Présentation

Aperçu

Impression

Durée 32 minutes --- poids 10 grammes --- longueur de fil 3,44 mètres
sans support -- sans adhérence

1.2 - les accessoires :

1.2.1 - l'axe du planétaire :

Les fichiers sont :

- "planetaire_axe.stl",
- "planetaire_axe.3mf",
- "planetaire_axe.gcode",

impression 3D axe planétaire
Préparation

Aperçu

Impression

Durée 19 minutes --- poids 7 grammes --- longueur de fil 2,29 mètres
avec support -- sans adhérence

1.2.2 - la manivelle du planétaire

La manivelle est réduite à sa plus simple expression : elle est fixe sur le manche. Cela suffit pour faire tourner le planétaire.

Les fichiers sont :

- "planetaire_manivelle.stl",
- "planetaire_manivelle.3mf",
- "planetaire_manivelle.gcode",

Impression 3D planetaire_manivelle_preparation
Préparation

Impresion 3D planétaire manivelle préparation

Aperçu

Impression

Durée 12 minutes --- poids 4 grammes --- longueur de fil 1.25 mètres
sans support -- sans adhérence

2 - Création des fichiers des satellites :

L'impression des 5 satellites s'effectue dans la même passe.

2.1 - le pignon :

Les fichiers sont :

- "satellites_pignons.stl",
- "satellites_pignons.3mf",
- "satellites_pignons.gcode",

Impression 3D satellites preparation
Préparation

Aperçu

Impression

Durée 1 heure et 29 minutes --- poids 26 grammes --- longueur de fil 8,64 mètres
sans support -- sans adhérence

1.2 - les accessoires :

Se reporter aux accessoires du porte-satellites.

3 - Création des fichiers de la couronne :

L'impression de la couronne s'effectue en deux moitiés qui seront alors visées entre elles.

Les fichiers sont :

- "couronne_recto.stl",
- "couronne_verso.stl",
- "couronne_recto_verso.3mf",
- "couronne_recto_verso.gcode",

Impression 3D couronne impression
Préparation

Impression 3D couronne aperçu
Aperçu

Impression 3D couronne impression
Impression

Durée 2 heures 54 minutes --- poids 56 grammes --- longueur de fil 18,69 mètres
sans support -- sans adhérence

4 - Création des fichiers du porte-satellites :

L'impression du porte-satellites se réalise sur les 5 jambes que sont les axes des satellites. On préfère générer la pièce en une seule passe avec des supports plutôt que de multiplier les composants à solidariser ensuite avec des vis.

1.1 - l'étoile à 5 branches :

Les fichiers sont :

- "porte-satellites.stl",
- "porte-satellites.3mf",
- "porte-satellites.gcode",

Impression 3D porte-satellites préparation
Préparation

Aperçu

Impression

Durée 1 heure et 38 minutes --- 33 grammes --- longueur de fil 11,18 mètres
avec support -- sans adhérence

1.2 - les accessoires :

1.2.1 - la manivelle du porte satellites

La manivelle est réduite à sa plus simple expression : elle est fixe sur le manche. Cela suffit pour faire tourner le planétaire.

Les fichiers sont :

- "porte-satellites_manivelle.stl",
- "porte-satellites_manivelle.3mf",
- "porte-satellites_manivelle.gcode",

Impression 3D manuvelle du porte-satellites
Préparation

Aperçu

Impression

Durée 18 minutes --- poids 5 grammes --- longueur de fil 1,79 mètre
sans support -- sans adhérence

5 - Création des fichiers du socle :

Le socle est imprimé en tenant compte des vis qui, par-dessous, viendront maintenir les deux jambes du support du train.

5.1 - le socle proprement-dit :

Vus le temps d'impression, le poids et le métrage du fil, il vaudrait peut-être mieux de réaliser le socle directement en carton-médium puisqu'il n'y a que 4 trous évidés à réaliser après découpe.

Les fichiers sont :

- "socle.stl",
- "socle.3mf",
- "socle.gcode",

impression 3D socle préparation
Présentation