Fabriquer une imprimante 3D pour moins de 150 euros - quatrième partie

Retrouvez les premières parties : Partie 1, Partie 2, Partie 3

Aujourd'hui, nous allons nous occuper de l'axe Z et de l'axe X de l'imprimante.

Sur les modèles type Prusa, l'axe Z est actionné par deux moteurs pas à pas de chaque côté de l'axe X. Ces moteurs sont reliés sur le même stepper et sont donc actionnés en même temps. Du coup, ayant 2 moteurs sur la même sortie, il faudra penser, au moment du câblage, à augmenter un peu l'intensité du stepper, sous peine de voir les moteurs grogner. Nous y viendrons dans un prochain article.

L'axe X quand à lui s'occupera de déplacer la tête d'impression de gauche à droite. Cet axe sera fixé sur l'axe Z, donc il faut tout de même que les moteurs de ce dernier aient assez de puissance pour monter tout ce poids.

Dans la pratique, l'axe X est animé comme l'axe Y : avec un pignon/roulement et une courroie crantée, avec une partie mobile via roulements linéaires sur tige lisse.

Pour mémoire, le pignon et la courroie sont les même que ceux mentionnés en étape 2 : pignons x 2 + 2m de courroie à découper

Pour l'axe Z, la mécanique est un peu différente. Cet axe nécessitant un maximum de précision et de force, il est préférable de se baser sur des tiges filetées, reliées sur les moteurs pas à pas. Ainsi, à chaque pas du moteur, vous pourrez monter le charriot de quelques centièmes de millimètres.

Le principe est donc le suivant : deux tiges lisses de chaque côté de l'imprimante, fixées en haut et en bas, et deux tiges filetées de chaque côté, seulement attachées aux moteurs.

Au début de mes expérimentations, j'avais choisi d'attacher les tiges filetées en haut également. Le problème, c'est que le niveau de précision du montage n'est pas suffisant pour s'assurer que les deux axes de chaque côté (lisse et fileté) seront totalement parallèles. Donc en laissant libre le haut de la tige filetée, celle-ci peut se déplacer plus librement et ainsi éviter de coincer.

Donc, commençons par le bas de l'axe Z.

Dans un tasseau de 24x36, découpez une longueur de 6 cm, et découpez-là en forme de L. Sur le grand côté du L, gardez 10mm d'épaisseur. Sur le petit, gardez 15mm.
Dans le petit côté du L, percez un trou de 8mm de diamètre, dont le centre est à 20mm du grand côté (et centré sur la largeur du petit côté). Ne percez pas le trou complètement, arrêtez-vous un peu avant. Ce trou servira de maintient pour la tige lisse.

Placez votre moteur sous le L, et décalez-le pour avoir au moins 15 mm entre les deux axes (fileté et lisse). Le les collez pas trop vous auriez du mal à fixer votre tige filetée à l'axe moteur. Prenez les repères des trous du moteur et percez à 3mm pour pouvoir les visser.

Percez deux trous à mi-hauteur du grand côté, pour pouvoir fixer vos L sur le cadre de l'imprimante.

Faites la même pièce, mais en miroir, pour l'autre axe Z.

Occupons-nous des tiges. Découpez 2 tiges filetées de 8mm à 50cm de longueur. Idem pour 2 tiges lisses.

Pour la fixation du haut, prenez un tasseau (le 24x36 de tout à l'heure fera bien l'affaire), et découpez une longueur de 4cm. Percez un trou de 8mm (sur toute la hauteur cette fois) à 2cm du grand côté. De cette manière, vous serez parallèle avec le chassis de l'imprimante.

Prenez une petite équerre (genre les modèles vendus par 10 en rayon quincaillerie), et servez-vous en pour fixer la pièce que vous venez de percer. Il faut que votre tige lisse soit absolument droite. Servez-vous du chassis de l'imprimante comme repère. Répétez l'opération pour l'autre côté.

Fixez les moteurs en bas égalements (dans le L et dans le chassis)

Maintenant que vous avez les tiges lisses en place, nous allons pouvoir nous attaquer au support de l'axe X, qui viendra coulisser sur ces liges lisses.

Découpez dans une chute de parquet 8mm (ou tout autre bois pas trop épais), 4 morceaux de 4x7cm. Ces morceaux serviront à venir coincer les roulements linéaires des axes lisses. Percez aux quatre coins de chaque morceaux, pour passer des boulons types M3/M4 pour prendre les roulements en sandwich.

Placez 2 roulements sur la tige lisse, et placez une plaque de chaque côté de ces roulements. Passez les boulons et serrez (pas trop fort, il faudra les démonter par la suite :p)

Assurez-vous que le chariot ainsi créé coulisse sans souci le long de l'axe lisse.

Répétez l'opération avec les deux morceaux de 4x7 restants pour l'autre axe.

Maintenant que nous avons nos chariots sur les axes Z, il va falloir les mouvoir grâce aux tiges filetées.

Comme je vous le disais plus haut, j'ai choisi (après expérimentation) de laisser libre les tiges filetées en haut. La contre partie, c'est que ces tiges ont maintenant forcément du jeu, quelque soit la fixation que vous adopterez sur l'axe moteur. La solution que j'ai retenue est de ne la pas lier directement la tige filetée au chariot support de l'axe X. Vous allez vite comprendre ;)

Commençons d'abord par fixer les tiges filetées sur les axes moteurs.

L'axe du moteur fait 5mm de diamètre, la tige filetée, elle, en fait 8. Il faut donc réussir à les coupler. La ruse ici est d'utiliser une chute de baguette en PVC (vous savez, les goulottes utilisées pour passer les câbles dans les habitations) et un morceau de tuyau en caoutchouc / silicone (comme les tuyaux d'aquarium).

Le but est passer le tuyau sur l'axe moteur et sur la tige filetée (1 cm sur chaque ira très bien).

Afin que le moteur puisse transmettre sa rotation à la tige filetée, il faut contraindre le tout. C'est là qu'intervient le PVC.

Découpez deux languettes de PVC / axe moteur, et servez-vous en pour prendre en sandwich la tige filetée et l'axe.

Utilisez deux petits boulons M3 de chaque côté de la languette et le tour est joué.

Il est également possible d'utiliser deux serre-câbles (type colson) mais à l'usage j'ai trouvé que ça pouvait patiner un peu. A vous de voir ;)

Répétez la même opération pour l'autre tige filetée.

Maintenant il faut faire monter le chariot sur chaque axe. Comme je vous le disais plus haut, j'ai choisi de désolidariser les chariots des tiges filetées. J'ai fait ce choix pour plusieurs raisons.

Coincer un écrou entre les deux plaques aurait très bien pu suffir pour faire monter/descendre les chariots. Cependant, étant donné que nous sommes dans le domaine du bricolage et non de la construction de précision, les pièces n'ont aucune garantie d'être parfaitement alignées. Du coup, le moindre décalage aurait forcé sur les tiges filetées, et par conséquent sur les moteurs. Vu le degré de fixation tige filetée/moteur, autant être le plus souple possible.

Ensuite, fixer les deux axes entre eux est l'assurance de transmettre les vibrations/oscillations des moteurs de l'axe Z à l'axe X. Sachant que l'axe X est celui qui supporte la tête d'impression, ces vibrations se seraient répercutées sur l'impression. C'est ce que l'on appelle le Z wobble. Ça fait partie des innombrables petits détails à peaufiner une fois que votre imprimante est fonctionnelle.

Donc, pour faire monter le chariot en étant désolidarisé, j'ai choisi la méthode du support libre.

Le but est de coincer un écrou dans une languette PVC, elle même venant soutenir le chariot.

Malheureusement, je n'ai pas de photo de ce montage une fois en place. Je l'ai remplacé par la suite avec des pièces imprimées :

Sur le principe, il faut découper une languette de PVC assez grande pour faire le tour de l'écrou, et placer un petit boulon type M3 pour serrer la languette autour. Ensuite, faites descendre l'écrou le long de la tige filetée, et ensuite venez poser le chariot sur la languette.

Ainsi, la tige filetée peut avoir du jeu et des oscillations, elle ne les transmettra pas à l'axe X.

Bon, vous en voulez encore ? Alors on attaque l'axe X à présent :)

Dans un tasseau de 24x24, découpez deux longueurs de 7.5 cm. Percez deux trous de 8mm à 1cm du bord sur chacun des morceaux.

Sur l'un des deux morceaux, percez un trou de 3 au milieu des deux trous de 8. Cela servira à fixer le tendeur de courroie par la suite.

Passez deux tiges lisses de 50 cm dans les trous que vous venez de percer (les deux gros hein, sinon bon courage pour passer la tige sur un trou de 3 :p) et assurez-vous que vos axes sont parfaitement parallèles.

C'est le cas ? Bravo. Démontez-les ;)

Sur le morceau qui ne comporte que 2 trous, fixez un moteur + pignon.

De l'autre côté, nous allons fabriquer un tendeur de courroie, un peu à la manière de l'axe Y.
L'espace disponible ici étant moindre, j'ai choisi de le faire à partir d'un plat en alu, plié en U.

Le principe est simple : découpez 7cm dans une baguette plate en alu (ou autre, à votre guise), et pliez là en U, avec un espacement entre les branches d'environ 1cm. Dans le fond du U, percez un trou de 3mm, et glissez une tige filetée (ou un boulon assez long) + écrou vers l'extérieur du U.
Dans les branches du U, percez 2 trous de 8mm, et glissez un petit bout de tige filetée + un roulement 608ZZ. Voilà, vous avez votre tendeur de courroie.

Passez la tige filetée dans le 3ème trou du support et attachez avec un écrou. Cet écrou servira à tendre la courroie plus tard, par le biais de votre U.

Reste à voir le chariot de l'axe X. C'est lui qui recevra l'extruder (que nous verrons la prochaine fois).
Nous allons garder ici la méthode du sandwich de roulements :)

Dans un tasseau de 24x36, découpez deux longueurs de 15 cm. Percez deux trous de 8mm dans chaque morceaux, à 5.5cm et 13.5cm du bord.
Placez deux roulements linéaires sur les tiges lisses de l'axe X. Passez deux petits morceaux de tige filetée (chutes) dans chacun des trous des morceaux de bois, et prenez en sandwich les roulements avec l'autre morceau de bois. Serrez avec des écrous de chaque côté, et assurez-vous que l'ensemble est perpendiculaire aux tiges lisses.

Découpez 2 morceaux de parquet, 8cm sur 4. Venez fixer ces morceaux perpendiculairement aux support des tiges de l'axe X et de l'axe Z.

Fixons à présent notre courroie. Découpez la longueur nécessaire pour aller du moteur au tendeur et revenir. Gardez-vous 5-10cm de marge en plus sur cette courroie (c'est toujours mieux d'en avoir plus que pas assez ;)) Pour attacher les deux extrémités de courroie entre elle, et au chariot de l'axe X, j'ai recyclé des fixations de meubles Ikea. Il s'agit des pattes métalliques utilisées pour fixer les armoires au mur. Libre à vous prendre autre chose en fonction de ce que vous avez sous la main :)

La seule contrainte à respecter, c'est que votre courroie soit la plus droite possible, et qu'elle ne glisse pas sur la fixation. Si vous obtenez ça, c'est gagné ;)

Voilà, la partie mécanique concernant les axes X, Y et Z est à présent achevée.

La prochaine fois, nous nous occuperons de l'extruder (la tête d'impression + le moteur entrainant le filament de plastique).
D'ici là, reposez-vous, vous avez bien bossé ;)