Trophées 2015

Description

Ce projet s'inscrit dans la compétition nommée Technobot² ou Technobot Open et Supérieur. Les membres de l'association TechTic&Co en charge de la compétition ont demandé au Thilab de concevoir des trophées à remettre aux vainqueurs. L'appel à projet n'ayant pas soulevé un enthousiasme débordant c'est l'unique projet proposé qui a été retenu ;-).

Guide de montage

Ceux qui ont reçu le trophée en Kit peuvent suivre la notice de montage

Contributeur(s)

PMorel

Licence

GPL v3

Etat

Fonctionnel

Ingrédients

• Plastique
• Bois

Savoirs-faire nécessaire

• Modélisation 3D
  • Sketchup
  • OpenScad
• Impression 3D
  • Cura / Repetier
• Découpe Laser
• Dessin véctoriel 2D

Logiciels requis

• Inkscape
• OpenSCAD
• Sketchup
• QCAD
• Cura

Réalisation

Le trophées a été tout d'abord modélisé avec Sketchup pour obtenir rapidement un visuel et une idée des dimensions des différentes parties. Par la suite il a fallu résoudre une certain nombre de problèmes pour :

• que les différentes roues soient de la bonne taille,
• trouver un système de fixation qui tienne la roue sans l'empêcher de tourner
• éviter qu'il y ait du jeu dans les roues ce qui provoquerait des ratés dans la rotation du train d'engrenage
• dessiner les pièces de bois de la base et de la hampe de façon à ce que tout tienne sans colle ni vis
• limiter la surface de contact entre la roue et le support en bois pour gêner le moins possible la rotation

Le modèle Sketchup a permis de déterminer la taille du trophée et sa forme générale. Il a également permis, une fois le train d'engrenage modélisé, de déterminer la position des roues sur la hampe. Il ne fallait pas que les roues d'une face entrent en contact avec celles des autres faces ou celle située en haut du trophée ou encore avec la surface de la base du trophée.

Pas à Pas

Modélisation générale

La modélisation avec Sketchup n'a pas posé de problème particulier. A l'origine la base était rectangulaire avec des bords arrondis. Image1

C'est seulement par le suite, pour plus d'originalité, que j'ai opté pour la forme finale. Dans le premier projet la rotation de l'ensemble était délenchée par une roue située sur le côté droit de la base. Image2

Suite aux problèmes rencontrés avec la mise en place des roues et la force nécessaire pour faire tourner les roues sur trois faces de la hampe et sur le dessus j'ai décidé de supprimer les deux angles de 90 degrés supplémentaires que nécessitait mon idée originale. J'ai le sentiment (non vérifié par l'expérience) que les forces exercées par ces roues supplémentaires auraient nécessité de coller la hampe et la base ensemble sans quoi la hampe aurait été poussée vers le haut et aurait donc fini par se détacher.

Les engrenages et leurs contraintes

Le plus gros problème à résoudre était la modélisation des engrenages. Partant de zéro dans ce domaine j'ai un peu cherché les outils open source/libres/gratuits permettant de simuler un ensemble d'engrenage. Ne trouvant rien je pensais faire des engrenages avec des simples dents droites mais mes tentatives de modélisation et mes premières impressions 3D m'ont rapidement fait comprendre que la géométrie des dents avait une importance capitale pour le bon fonctionnement de l'engrenage. Par chance j'ai découvert (grâce à un lien publié par le Graoulab sur son compte Tweebook) l'existence de l'application javascript Gear Generator qui se propose de simuler un train d'engrenage avec la possibilité de spécifier le nombre et la taille des dents. Il est même possible de combiner deux roues de tailles différentes pour faire le lien entre deux engrenages de types différents. Une fois l'ensemble de roues créé cette application permet de télécharger le dessin au format SVG roue par roue. Voici le lien vers mon ensemble de roues Image3

Modélisation des roues

Restait à trouver une solution pour utiliser le SVG comme base de la modélisation 3D. L'importation de SVG/DXF dans la version gratuite de Sketchup (Version 2015) n'étant pas possible nativement et les plugins laissant à désirer je me suis tourné vers OpenScad. J'avais une première expérience d'OpenScad suite à la création de pièces pour EasyShelves et il me semblait le mieux adapté à la modélisation précise que nécessitait ce projet. OpenScad permet de maîtriser facilement les dimensions et de modifier facilement l'échelle des roues en fonction des besoins.

Pour passer d'un fichier SVG à un format utilisable dans OpenScad il y a deux solutions :

• Générer un DXF et l'importer dans OpenScad. Dans ce cas il faut conserver un fichier source par roue et créer un fichier OpenScad qui fait l'import et les ajouts nécessaires à la modélisation des roues (Axe central permettant la fixation etc).
• Générer un fichier OpenScad avec le plugin Inkscape "Paths to OpenScad". Dans ce cas on obtient un fichier OpenScad qui contient la liste des points et des segments à dessiner pour créer la roue.

C'est cette dernière solution que j'ai retenue. Principalement parce qu'elle est fiable et rapide. Il suffit juste de supprimer les éléments inutiles dans le SVG généré par l'application Gear Generator puis de faire un export vers OpenScad.

Cette étape terminée il fallait trouver la meilleure solution pour fixer les roues sur la structure en bois. Comme je m'étais mis comme contrainte de n'utiliser ni vis, ni boulon, ni colle ni objet manufacturé extérieur au fablab j'ai fait des recherches sur Thingiverse de projets ressemblant ou ayant au moins le même genre de contrainte. J'ai trouvé le projet "Spider Rover" qui utilise des petites rondelles pour fixer ensemble les différentes parties du robot. Le problème avec ces rondelles était le manque de flexibilité qui faisait qu'une fois sur deux la rondelle cassait en la mettant ou en l'enlevant. J'ai donc créé un nouveau type de rondelle plus haute et avec des échancrures qui permettent d'avoir une certain flexibilité et un taux de rupture beaucoup plus faible. Image4

L'autre point était le frottement de la roue sur le bois. Au départ je pensais ajouter une sorte de demi-tore assez épais. Les premiers essais m'ont amené à revoir ma position et à rapprocher au maximum les roues de la structure car il est très important de limiter le jeu et d'éviter que les roues puissent partir en biais pendant la rotation. Les roues définitives sont donc très proches du support et le contact se fait juste sur un cercle le plus large possible Image5

1. Création de la boîte

1. Finalisation

J'ai bataillé longuement pour placer correctement les roues tout autour de la hampe de façon à ce que la rotation se fasse avec un maximum de fluidité. Ayant fait toutes mes impressions avec ma Foldarap (min 750g de filament utilisé) j'ai du faire face au problème de calibration de mon imprimante et me rendre à l'évidence (mais un peu tard) que j'imprimais des formes plus ovales que rondes ... et les engrenages ovales ça ne fonctionne pas bien. Une fois passé sur la Witbox j'ai obtenu des roues parfaitement rondes et donc fonctionnelles. Il fut alors plus facile de placer les roues au bon endroit. Le problème c'est que certaines de mes roues ont des roues relativement fines et donc sensibles au millimètre à la distance entre les centres des roues. Or il est très chronophage de placer et déplacer les trous dans Inkscape ou dans QCAD. J'ai donc fini par refaire l'ensemble de la hampe dans OpenScad. Pourquoi ?

1. OpenScad permet de paramétrer toutes les valeurs
2. Je n'ai pas trouvé de logiciel de dessin 2D qui permet de définir mathématiquement un objet
3. Il est particulièrement fatiguant de définir et régler la largeur du rayon laser dans Inkscape ou QCAD (cf Kerf)

1. le Kerf

Sources, liens et références

• lien vers la discussion du forum