Le futur de l’impression 3D sera t-il piloté sur 4 axes ?

Joshua Bird présente une imprimante 3D sur 4 axes qu’il a développé lui-même, un outil ingénieux par ce qu’il propose, mais également par les éléments mis en place pour le construire. Une recherche assez passionnante à découvrir.

Je ne doute pas une seule seconde que les plus brillants cerveaux des plus grands fabricants d’imprimantes 3D sur la planète ont déjà réfléchi à développer une imprimante 4 axes de ce genre. Mais voir un engin de ce type construit par un particulier parvient toujours à me fasciner. Cette nouvelle imprimante utilise un certain nombre de solutions très originales, mais surtout très élégantes, pour parvenir à ses fins.

Pour fonctionner sur 4 axes en impression 3D, il faut forcément sortir des sentiers battus. Des solutions existent déjà, mais elles sont souvent monstrueusement complexes ou limitées. Ici, c’est l’inverse qui est proposé. Le plateau qui accueille l’objet à imprimer est rond, comme sur les imprimantes de type Delta. Mais il tourne surtout sur lui-même grâce à un système de poulie piloté par un moteur pas à pas. Une manière à présenter directement à la tête d’impression l’endroit où déposer le filament sur cet axe en rotation.

La tête d’impression peut, quant à elle, se mouvoir horizontalement en faisant circuler une courroie avec deux moteurs fonctionnant dans des sens opposés. Le bras qui porte la tête est ainsi guidé sur un axe linéaire et amené vers l’avant ou vers l’arrière. Ce bras est lui-même porté par un double axe linéaire pour pouvoir monter ou descendre grâce à une classique tige avec un pas de vis tournant grâce à un autre moteur pas à pas.

Là où l’imprimante se distingue et montre toute l’ingéniosité du dispositif, c’est dans la possibilité qu’elle a de faire pivoter la tête d’impression sur un demi-cercle en actionnant les deux moteurs de courroie dans le même sens. À ce moment, c’est la buse d’impression, portée par un axe, qui bouge autour de celui-ci. Et non plus le bras en entier. On voit les deux mouvements de moteur en action à 0.37 de la vidéo. Cette économie de moyens pour parvenir à des mouvements complexes est à la fois merveilleusement intelligente et économe. La programmation des ordres d’impression s’en trouve facilitée avec quatre moteurs à piloter. L’engin évite de se complexifier et limite ainsi également le risque de pannes possibles.

La conjonction de cet ensemble de mouvements permet d’imprimer directement à l’horizontale et non plus uniquement avec une tête surplombant la zone ou déposer le matériau fondu. Une impression sur 4 axes qui permet de déposer de la matière sur des porte-à-faux de 90°. Sans avoir besoin de porter l’objet avec des supports. Ce qui évite de gâcher du filament et accélère d’autant le temps d’impression.

Le slicer, le logiciel qui pilote l’imprimante 3D en lui dictant l’ensemble des mouvements à coordonner pour réaliser chaque objet, a dû être adapté pour cette machine particulière. Permettant ainsi de prendre en compte les mouvements non-orthodoxes du dispositif. Ce logiciel va être proposé d’ici à quelques semaines en Open Source pour que chacun puisse l’améliorer ou le modifier.

L’espace disponible pour positionner des ventilateurs n’est pas assez important.

Parmi les éléments les plus étonnants dans la conception de cette imprimante 3D, une partie son système de refroidissement. Au sortir de la buse, le filament est rendu liquide afin qu’il se dépose facilement. Pour ne pas que ce dépôt de matériau ne coule et qu’il se fige directement là où il est censé être déposé, les imprimantes le refroidissent en utilisant un flux d’air projeté précisément. Sur cette imprimante, le recours à des ventilateurs et des guides qui amèneraient l’air à l’endroit voulu posent problème. Avec ses mouvements de rotation, la tête ne peut pas accepter d’épaisseur trop importante au-dessus et en dessous d’elle. Aussi le recours à une solution alternative a été trouvée. Une pompe d’aquarium posée loin de la tête envoie un flux d’air continue via un tube translucide. Ce dernier est canalisé pour souffler pile au sortir de la buse. Cela évite trop de poids à porter pour le bras, mais également les vibrations à gérer pour l’ensemble et permet de solidifier directement le matériau sans gêner les déplacements de la tête.

Une sonde positionnée à la même hauteur que la buse est exploitable en tournant simplement la tâte d’impression de 90°…

Ce premier prototype est encore jeune, très jeune. Certains « raccourcis » vont faire grincer des courroies les puristes. Comme l’absence de détection de fin de course pour certains moteurs. Les engins détectent juste qu’ils ne peuvent pas « forcer » plus loin et la partie logicielle en prend compte. Le recours à de petits interrupteurs de détection de fin de course pourraient largement améliorer le dispositif. Joshua n’est pas ingénieur mais « juste » un programmeur de talent. Limiter le nombre physique de câbles semble être une de ses préoccupations pour le moment.

Le résultat de cette production sur 4 axes est très impressionnant et Joshua indique que son design ne devrait pas couter plus que 300 ou 400$ à fabriquer pour un particulier. Probablement beaucoup moins si un industriel s’en empare et décide d’y travailler pour le proposer en série. Totalement Open Source, le projet est formidablement original et prometteur. L’élégance des solutions trouvées, la qualité des productions de ce prototype et l’incroyable nombre de problèmes logiciels et mécaniques qui ont été résolus ici pour parvenir à ce résultat m’a laissé bouche bée.

La fin de la vidéo est tout aussi extraordinaire que le début. Joshua est, comment dire, surprenant. Je vous encourage vraiment à regarder les dernières minutes de sa petite vidéo où il explique pourquoi il a dû mettre les bouchées doubles pour finir son montage sous Final Cut rapidement. Je pense qu’il n’est pas exagéré de dire qu’il est promis à un grand avenir dans la communauté DIY, dans l’Open Source et probablement dans quoi qu’il puisse entreprendre. 

Son site, si vous êtes curieux, propose déjà un joli parcours :  joshuabird.com