Réalisation d'un extrudeur à fil plastique
Auteur	clmnt/Gérard
Date de proposition	11/11/2011
Tags du projet	reprap
Lieu d'utilisation final	Electrolab
Utilisateur final	Electrolab
Type de projet Projet personnel de clmnt/Gérard

Projet Réalisation d'un extrudeur à fil plastique

Les reprap & cie, c'est bien. Mais le plastique en fil, c'est cher. Pourtant, le plastique en granulé, c'est pas cher. Nous faut un extrudeur pour fabriquer notre propre fil!

Latest news

Projet en sommeil: en attente d'avoir une reprap opérationnelle au lab !
concours intéressant: http://desktopfactory2012.istart.org/

Informations diverses

prix du fil d'ABS ou de PLA: 25€/kg environ
prix du granulé d'ABS: 1€/kg environ

Pas la peine d'en dire beaucoup plus... cela dit, la possibilité à terme de pouvoir recycler du plastique (en fabriquant également une machine pour broyer du plastique) est attreyante également.

Ressources en ligne

Pour rassembler tout ce qui touche de près ou de loin à l'extrusion & à ce projet

Autres réalisations

Fournisseurs

Pour les granulés de PLA :

http://www.sphere.eu/
http://www.boehringer-ingelheim.com/corporate/home/home.asp
http://www.wako-chemicals.de/
http://www.absorbables.com/
http://www.jinsor.com/
EXCEL INTERNATIONAL COMPANY, 38 Hoi An Street, Sai WAN Hoi, Hong Kong

Pour les granulés d'ABS :

http://www.ultrapolymers.com (contact en cours, attente devis 25kg minimum)
http://www.kwb-wedel.de/ (2€/kg)
http://www.gontech.cn/
http://www.sunmei.net.cn/

une petite recherche google en donne pas mal d'autres

à compléter

Etape 1 : brainstorming

comment qu'on s'y prend ?

La question est de savoir comment on aborde la question. A ce jour, je vois les approches suivantes:

reproduire peu ou prou l'approche de recyclebot, c'est à dire foret/mèche à béton dans tube métal
profiter du fait qu'on a un tour opérationnel pour usiner des pièces "plus proprement".

La première approche a l'avantage d'être plus facilement reproductible ailleurs - et, potentiellement, d'être plus facile à mettre en oeuvre. Histoire de se frotter concrètement à ce sujet, je propose qu'on parte sur cette approche !

ya quoi à faire ?

trouver un fournisseur de granulés de plastique, et acheter un petit stock: indispensable pour faire les premiers essais, fort utile pour ne pas réfléchir dans le vent sur l'approche la plus appropriée
trouver du tube adapté, une meche adaptée, de la tole, et assembler le tout à la manière recyclebot
- C'est en cours ! Quelques achats effectués, reste à assembler des choses...

Etape 2 : prototype/Proof of Concept

Objectif: reproduire à peu près la version recyclebot pour valider l'idée générale & pouvoir faire plusieurs essais comparatifs.

Prototype/Proof of Concept v1

Version bidouillée le we du 17/18 décembre 2011 :

cornière acier à étagère
tube acier diametre ext 14mm int 12mm
foret HSS 12mm
chauffage au décapeur thermique (220°C)
utilisation de bouts de PLA concassés à l'arrache
filière: simple trou 3mm dans plaque d'acier
support en bois
entrainement à la visseuse sans fil
plans à suivre... & tests

Ajout le 3 mars 2012 (eh oui, tout ce temps !) :

soudure TIG du tube sur le support
utilisation d'une visseuse plus puissante :)

C'est un peu immonde, mais ca a pratiquement marché :)

Remarques:

Le foret n'est pas visible sur ces photos - déjà rangé au moment d'immortaliser l'instant.
Le feeder de granulé n'a pas été fabriqué encore: on en a bricolé un en... papier d'alu ! Et un autre en restes de carton de pizza (la décence nous interdit de montrer des photos de la chose). Ca a fait son job, même s'il fallait être 4 pour manoeuvrer l'ensemble, vu la solidité à aucune épreuve de l'ensemble :)
Avant d'avoir soudé le tube au support, en chauffant à 220°C avec un décapeur thermorégulé, et en tournant le foret à la visseuse sans fil, on a réussi à extruder à peu près 2.5mm de filament (avant que la pression n'éjecte le tube du support dans lequel il n'avait été que rentré en force et pas soudé).
A noter que les 20cm extrudés sont de couleur noiratres parce que l'intérieur du tube n'avait pas été nettoyé (on voit par transparence tous les restes de métal limés, et la fin du filament est plus claire que le début). Il est probable que la température ait été un peu trop élevée (décapeur thermique à 230°C pour être certain de bien chauffer l'ensemble).
Le diamètre du filament extrudé varie entre 3.1 et 4mm environ, selon la vitesse à laquelle le foret a tourné, et la vitesse à laquelle on a tiré sur le filament extrudé. Il nous manquait 2 ou 3 mains pour faire tout correctement. Le diamètre & la qualité du plastique rendent ce filament impropre à l'utilisation dans une reprap, mais pour un proof of concept, c'est amplement suffisant.
Une version un tantinet plus clean en aluminium tourné est en cours de réalisation. Affaire à suivre !

Prototype/Proof of Concept v2

Bidouille le we du 3 mars, de manière improvisée, après avoir réussi à faire tomber en marche la v1 de manière presque inatendue "eh, en fait, ca marche ! whoohoo, faisons (un peu) moins pourrave ! -on avait pas prévu de faire d'autres choses un poil relou ce we ? -oh, screw zis, ca va etre fun et on en a que pour une heure ou deux ! *se lancent dans 24h de bidouille*". L'idée étant de ~~faire mumuse avec notre tour & notre fraiseuse~~ se prendre par la main pour usiner une pièce un peu plus clean, pour au final disposer d'une base de machine appropriée pour faire des essais complémentaires & ajustement de process.

Specs

Toujours le même foret HSS métal diametre 12mm
Pièce (type foureau) usiné au tour/fraiseuse en alu daubesque (issu de notre boite de chutes/scrap metal pour faire des bidouilles)
Toujours la même approche générale: forêt entrainé par visseuse sans fil, chauffe au décapeur thermique thermorégulé

Fabrication

on s'est bien amusé à faire la pièce en alu:
- gribouillages au tableau pour faire le plan de la pièce, discussions sur le comment faire
- percages de diametres de plus en plus grand, jusqu'à finalement percer avec le foret destiné à devenir vis d'extrusion, sur toute sa profondeur (opération longue et fastidieuse, pour sortir la matière)
on a pensé un peu in extremis à ajouter une clavette pour empêcher la rotation de l'ensemble
on a refait une trémie un poil moins crade que les précédente, avec de l'alu de canette coupé/plié

Essais & analyse

lors du premier essai de chauffe, catastrophe. Manifestement, l'alu se dilate plus rapidement que l'acier du foret: à la première tentative, on a frôlé la catastrophe...

Ca pourrait faire un bon support de pub pour Hilti: "des doutes sur qui de votre poignet/le truc à "visser" et notre produit casse en premier/dernier ? Essayez donc, pour voir..."

pour arriver a extraire le foret, on a mis le tout... au congélateur quelques temps. Ca a été un peu sport de ressortir le foret, mais moins impossible qu'on eu pu le croire.
après examen, ca avait bien fait du copeau... alors qu'à température ambiante, le trou dans le fourreau en alu était 'fit' par rapport au foret.
on a repris un peu à l'arrache le diametre interne du foureau: sans matière plastique, chauffe de l'ensemble, pour progressivement usiner l'intérieur du fourreau
On a un peu galéré avec nos morceaux de plastique de récup, découpés tant bien que mal en petits bouts (de taille très variable).
il semblerait qu'il faut atteindre une température clé, à partir de laquelle l'extrusion démarre & se passe bien. Pour cela, mettre le décapeur thermique à un peu plus chaud (voire, en utiliser deux pour chauffer à différents endroits) semble aider. En fait, pendant un bon moment, on a l'impression que la vis ne mange pas de matière, que la vis force de trop... et d'un coup, ca démarre ! Manifestement, ca ne sert à rien d'essayer d'extruder trop vite trop tot: mieux vaut amener l'ensemble à température pour que la matière soit molle.
il semblerait important d'avoir une "chambre" de fonte en tête du forêt : vu que le trou a été percé avec ce foret, on s'était arrangé pour qu'il rentre pile poil dans le fourreau en longueur (eg, l'arrière du forêt, tenu par la plaque percée au diametre de queue, affleure à l'arrière du foureau quand le foret est enfoncé au max). En réalité, en reculant cette plaque (avec quelques rondelles sur les vis de fixation), ca fonctionne mieux : il y a environ 10mm de matière fondue tout à l'avant de la vis d'extrusion, ce qui permet apparemment d'assurer un débit plus régulier.
tracer à la pointe à tracer sur la canette la rend très cassante... mieux vaut faire un modèle papier avant, puis couper directement & plier sans pré-trait
la clavette rajoutée a posteriori (ah mais au fait, faut penser à empecher le truc de tourner ! ah mais ouais, mais là on peut pas souder, c'est de l'alu...) a été très, très très sous dimensionnée - tout du moins lors du premier essai. Les efforts en jeu sont importants (quand ca se passe mal, c'est encore pire). Lors du premier essai, il a fallu mettre la visseuse en couple "no limit". Une fois cette mésaventure passée, le limiteur de couple à une valeur de 5/15 (à confirmer la valeur exacte) ne se déclenchait pas... sauf lorsque le tournevis touillette à trémie se glissait malencontrueusement dans la vis d'extrusion ;)
A ce sujet, la trémie était peut être un peu trop petite, et il faudra trouver un moyen d'amener la matière plus pratique (vibration ? touilleur automatique ?)
au final, on a réussi à extruder un peu plus de 2m (puis manque de matière), avec un diamètre relativement constant (aux alentours de 3mm, quand ca se passe bien, au 1/10e près grosso modo ; avec possibilité de faire varier/ajuster le diametre selon la vitesse de rotation de la vis & la traction sur le fil qui sort. Va y avoir du controle de process à mettre en place pour tenir une tolérance acceptable !
coté qualité du plastique, la couleur était un peu crade : difficile à dire si c'est des impuretés résultant de l'usinage (et donc qui disparaitraient après avoir purgé la machine en lui faisant sortir x mètres de fil d'amorce), ou bien le résultat d'une surchauffe (difficile de mesurer quoi que ce soit: on avait pas instrumenté le proto). Bon, il restait de manière certaine quelques copeaux d'alu dans le fil... mais manier le foret "à la main" est certainement une mauvaise idée (alignement axial perfectible: on peut facilement faire un petit copeau l'air de rien).

Bref, essai relativement concluant malgré tout, qui nous a permis d'apprendre pas mal de choses.

Prochaines étapes

installer une motorisation du foret à demeure (moteur de tournebroche, vieille perceuse disponible: reste à voir l'adaptation mécanique & les possibilités de pilotage en vitesse/couple)
installer des capteurs de température à différents endroits stratégiques pour faire quelques relevés/préparer le controle de process
réfléchir à la partie coté filière d'extrusion (eg, le truc qui va tirer le fil qui sort, le refroidir/mettre au diamètre/controler)
installer un élément de chauffe (probablement du bete fil résistif dans un premier temps) à demeure

Et en priorité absolue: trouver une source constante de matière (eg, des granulés) pour se simplifier la vie coté tests & développements.

La suite au prochain épisode ! Rejoignez nous ;)

Si vous voulez voir la bayte en vrai (outre l'option de passer au lab), on devrait être présents ici: http://www.gaite-lyrique.net/evenement/labs-en-fusion

Electronique

Spec de la petite board de commande:
- shield arduino
- carte plateforme arduino-like (eg, le contenu du shield avec directement le microcontroleur, pour avoir quelque chose directement tout en un)
alim: besoin d'un poil de patate (chauffage + motorisations)
- par alim de tour de PC. Avantage: standard
- alim de PC portable (celles qu'on a récupérées). Avantage: portable.
Sortie MOS pour piloter visseuse (12v) qui entraine le foret (eg farnell 1751977 ; autant surdimensionner, ca chauffera pas)
Sortie MOS pour piloter la résistance chauffante (eg farnell 1751977)
Sortie pour le vibreur de trémie (un bête servomoteur ? ou farnell 1751977)
Sortie pour piloter un ventilateur de refroidissement ?
l293D pour le stepper qui tire le fil extrudé (voire plus puissant, si nécessaire)
entrées pour thermistances qui tiennent 300°C
boutons, leds, potards pour faire une vague IHM
cable ftdi pour la comm série
pas de solution simple pour controler/mesurer le diamètre du fil extrudé: à réfléchir !
- Barrière optique: devrait détecter la présence ou non de fil, mais le diamètre...
- Galets en pression sur bras + mesure d'angle: mesure sur un diamètre, pas de concentricité ; selon diamètre galet, masque les imperfections.
- Optique (eg, caméra sur microscopte): délicat à gérer, toujours le problème de manque de vue "d'ensemble"

Expérimentation fil résistif chauffant

22 mars 2012, setup expérimental:

Fil: H-01-C02-06A 421201 5.65 ohm/m; longueur correspondant à 1.7 ohm
thermistance: 484-0183 (radiospares) ; 100kohm, température de 230°C : environ 300Ohm
scotch kapton
alimentation de puissance ; au maximum, 6A (soit environ 60w)

Manifestement, l'installation du fil résistif est mauvaise:

Il y a des points chauds, qui font que localement la température est trop élevée pour le scotch kapton. La température de 200°C a été manifestement atteinte (mesure sur la thermistance), au delà, le scotch morfle.
Il semble nécessaire d'installer le fil résistif mieux, ou d'utiliser une autre méthode (induction, décapeur thermique)
Il semble qu'une centaine de W soit nécessaire pour que les choses se passent bien
Il pourrait être intelligent de limiter la masse métallique chauffée (eg, ne pas faire un design en seul bloc).

Expérimentation broyeuse

22 mars 2012: utilisation d'un blender:

On met de l'eau pour faciliter le broyage.

Chutes d'ABS:

Le resultat est bien mais pas top.

On sèche à la poêle (ici, du PLA):

Ca rend nettement mieux avec du PLA: ca se laisse broyer sans soucis. A noter tout de même que le blender "sent le chaud" après la manip. It did blend, mais ca a souffert ;)

Projets:Reprap:Extrudeur

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