Quel que soit le projet étudié et quelle que soit la branche de l'industrie concernée, la phase de conception passe toujours par la représentation graphique ou volumique virtuelle d un modèle. D autre part, on peut constater que dans la plupart des bureaux d'études l'informatique est omniprésente. En effet, seul l'outil informatique permet le dessin, le positionnement, l'assemblage de modèles d'objets dans un espace virtuel en trois dimensions. La suite logique de la conception étant la fabrication, il parait souhaitable d avoir une chaîne informatisée sur l ensemble du processus. Quand on parle de Conception et Fabrication assistée par ordinateur, il faut en fait voir trois étapes bien distinctes qui mènent de la conception de la pièce à sa réalisation physique. On peut même ajouter une 4 ème étape, l industrialisation qui a pour but la production en série de la pièce. Le dessin : c est la phase de conception ou la pièce naît. Elle n est encore qu un fichier informatique. Le réglage des paramètres de coupe : c est la phase ou on affecte aux entités composant le dessin des paramètres permettant, grâce à leur interprétation par la machine, de piloter un outil pour obtenir une pièce dans un certain matériau. L usinage : c est la phase de réalisation de la pièce. L objet existe. L industrialisation : c est la phase on règle tous les problèmes liés à la réalisation sérielle de la pièce.
Le dessin Vectoriel / Bitmap Un fichier graphique peut avoir des formes très diverses. On peut déterminer facilement la nature du fichier en présence duquel on se trouve grâce à son extension, en effet, les trois lettres qui font suite a son nom et qui sont séparées de celui-ci par un point nous donnent deux indications. d abord sur sa nature et ensuite sur le logiciel sur lequel il à été créé ou sur le mode de compression qui à été utilisé pour le stocker. Un dessin sur ordinateur peut avoir plusieurs natures, soit on peut se servir de la machine pour dessiner comme on le ferait avec des crayons de couleur sur une feuille de papier, la souris sert alors à sélectionner les outils ou des options dans les menus et se substitue à la main pour réaliser le dessin. Ce sont les logiciels de dessin Bitmap de type "Paintbrush". On les appelle Bitmap car les traits qui les composent sont constitués de pixels qui sont stockés un par un en mémoire avec leurs propriétés de position de couleur et d'intensité lumineuse, le fichier est en fait une carte des bits composant le dessin. Ce procédé transforme notre écran en plan de travail, les entités sont les points qui composent le dessin et chaque pixel est une entité unique. Les fichiers photos sont en général en Bitmap. BMP, PCX, GIF, TIF ou JPG sont des images Bitmap. Le nom change en fonction en fonction du codage des données suivant différents algorithmes. Ces moyens de compressions permettent de réduire la taille des fichiers, certains sont destructifs. Avantages: Adéquation aux images complexes, Adéquation au traitement d images, Compatibilité entre différents formats, Intégrité des données dans un fichier. Inconvénients: Résolution fixe, Modifications spatiale difficiles, Nécessité d une importante puissance CPU, Taille du fichier très importante. Bitmap Vectoriel B A
Dans un dessin réalisé à partir d'un logiciel de dessin vectoriel, les entités ne sont plus les points, mais les traits. Ils sont stockés en mémoire par leurs formes et leurs position limites, on peut ainsi les allonger les déformer, etc. Le fichier prend la forme d une suite de formules mathématiques. Il faudra faire plus attention lorsque l'on dessine, comme une position n'est plus unique, il existe des risque dus à la superposition : - Si un trait est défini trois fois, pour l'éliminer il faudra effacer toutes ses versions et donc recommencer l'opération trois fois. - Si un trait est défini trois fois lors du tracé, la plume repassera trois fois au même endroit ce qui risque d'endommager la feuille qui supporte le dessin. On reconnaît un dessin Bitmap d'un dessin Vectoriel en faisant des Zoom, si le trait grossi lors des agrandissements successifs jusqu'à ce qu'on voie tous les pixels, c'est un dessin Bitmap. Dans un dessin vectoriel, quel que soit l'agrandissement, la section du trait ne change pas. Avantages: Résolution calculée en fonction du périphérique de sortie, Souplesse des modifications spatiales, Optimisation des tailles de fichier image. Inconvénients: Inadéquation aux images complexes, Intégrité des données dans un fichier, Non compatibilité entre les différents formats. DXF, DWG, SKD sont des fichiers vectoriels. Les dessins vectoriels sont ceux qui sont interprétés le plus facilement par la machine car chaque entité représente une trajectoire d outil. Pour passer d un dessin Bitmap à un dessin vectoriel, il va vous falloir un logiciel qui incluse cette fonction. Ex : Corel Draw. Tous les logiciels ne disposent pas de cette fonction. Le dessin 3D en Pratique Pour réaliser un dessin technique, qui plus est, en trois dimensions (3D) nous allons devoir utiliser un logiciel de dessin vectoriel pour pouvoir manipuler les entités de dessin facilement et transformer notre ordinateur non plus en un plan de travail, mais en un espace virtuel dans lequel nous allons pouvoir construire, manipuler et modifier des volumes. 1/ Modélisation ou représentation? Il existe plusieurs types de logiciels qui nous permettent de réaliser des dessins en 3D. Notre principal critère de choix sera l'ensemble des fonctionnalité orientées vers le dessin technique car ce qui nous concerne avant tout, c'est la réalisation de dessins d'objets techniques avec une grande précision et l'esthétisme ou la scénographie constituent pour nous une préoccupation secondaires.
Nous choisirons donc comme support un logiciel de CAO du genre Autocad ou DMT plutôt qu'un logiciel de représentation graphique volumique du style 3D Studio ou True Space. 2/ Les différentes sortes de modélisation des volumes: Le filaire: C'est une image en "fil de fer". Seul les arrêtes de la pièces sont matérialisées par un trait. Le volume apparaît transparent. Filaire Surfacique ou Volumique Le surfacique: Dans la réalité, certaines faces des objets sont cachées. Les coordonnées des sommets ne suffisant pas pour déterminer les surfaces, on les matérialise grâce à un "maillage polygonal" qui sera d'autant plus précis que les mailles sont petites. En appliquant ensuite une texture, on obtient une représentation réaliste de l'objet. Le volumique: L'inconvénient de la modélisation surfacique, c'est qu'elle ne crée que des "coquilles vides". La modélisation volumique permet grâce à des modèles mathématique de prendre en compte la notion de masse ce qui permet de calculer le poids, le centre de gravité, de prévoir les interférences entre les pièces et toutes sorte de propriétés mécaniques complexes. Le volumique et le surfacique sont très apparentés pour ce qui est de la représentation des objets. 3/ Les différentes stratégies de construction en 3D: Il n'existe pas une méthode pour réaliser un modèle en 3D, il en existe une par dessinateur et par dessin. En fait, la réalisation se fait en deux phases: La première, qui est de loin la plus difficile: le dessinateur élabore une stratégie. Il effectue des choix en fonction du dessin qu'il a à réaliser et des possibilités qu'il sait pouvoir tirer de son matériel et de son logiciel. La seconde, la plus longue: elle consiste en la réalisation du modèle elle même et à l'adaptation de la stratégie au fur et à mesure des difficultés non prévues rencontrées. 4/ Les méthodes les plus courantes pour réaliser un dessin en 3D: Dans l'élaboration de sa stratégie, le concepteur devra sans cesse faire des choix. Il existe une multitude de manières d'arriver au même résultat pourtant, toutes ces méthodes sont essentiellement basées sur deux grands principes:
❶ Rotation et extrusion: Grâce à un profil réalisé en dessin 2D, on peut obtenir un volume. - Soit en l'élevant suivant une direction, c'est l'extrusion. - Soit en le faisant tourner par rapport à un axe, c'est la rotation. Extrusion Rotation Si on prend comme figure de base un cercle, l'extrusion de celui-ci nous donnera un cylindre. Alors que si nous effectuons une rotation de ce cercle par rapport à un axe, le résultat obtenu sera un tore. ❷ Opérations Booléennes: Parmi les différentes formes de modélisation des volumes, la plus répandue est sans doute la CSG (Constructive Solid Geometry). Elle consiste à construire un solide complexe grâce à l'union, la soustraction ou l'intersection de solides simples appelés primitives. Les modèles CSG sont stockés en mémoire sous forme d'arbres où chaque noeud correspond à une opération booléennes entre deux solides. Si on prend un exemple simple d'opération booléenne entre deux primitives: un parallélépipède et un cylindre.
Soustraction: Si on effectue une soustraction du cylindre de la plaque, il ne nous restera qu'un prisme percé d'un trou. Union: L'union des deux solides en formera un troisième qui sera une entité. Intersection: L'intersection des deux volumes ne nous laissera que leur partie commune. Les paramètres d usinage Lorsque le dessin est fini, il va falloir affecter à chaque entité des paramètres qui vont permettre à la machine de piloter l outil pour réaliser ce dessin dans la matière. Vitesse : c est le premier critère, mais il faut bien différencier deux types de vitesse. Avance : c est la vitesse à laquelle avance l outil. A=fzn A = avance en mm/min f = avance en mm par dents de l outil z = nombre de dents n = fréquence de rotation en tr/min Pour du plastique on prendra entre 5 et 15 mm/s. La vitesse d avance sera plus fiable si on l expérimente et si on se crée ses propres abaques en fonction des caractéristiques du matériau. On préférera une vitesse d avance importante pour que l outil se déplace vite, ne reste pas longtemps au même endroit et ainsi évite la surchauffe.
Coupe : c est la vitesse de rotation de l outil. Elle est fonction du matériau et, comme la vitesse d avance, sera pour nous le fruit de l expérience. Dans le plastique, elle doit être le plus faible possible pour couper la matière et ne pas la fondre. On choisira entre 8000 et 12000 tr/min Profondeur de passe : c est la profondeur de matière que l outil enlèvera en une seule passe. Si voter usinage est supérieur à cette valeur, il vous faudra faire plusieurs passes. En général la machine recalcule le nombre de passes. En fonction du matériau (pour nous du plastique) et de la machine, nous pourrons prendre facilement jusqu'à 2 à 3 mm par passe. Ebauche : ce sont les passes ou on se contente d enlever le maximum de matière sans tenir compte de l état de surface. Finition : c est la dernière passe qui permet d avoir un bon état de surface. Gravure Découpe En fonction de la profondeur, le résultat sera différent. Spécifications de forme : les logiciels sont munis de fonctions spéciales qui permettent de mieux adapter l usinage aux contraintes du dessin. Contournage : par défaut le trait dessiné représente le chemin de l outil. Contournage extérieur Outil Chemin d outil Contournage intérieur L outil a un certain diamètre. Il faudra donc préciser, si vous voulez une cote précise, la surface et dire si c'est un contournage extérieur ou intérieur. Le logiciel recalculera le chemin d outil en fonction de ses Caractéristiques déclarées (diamètre, forme, profondeur)
Poche : c est une forme en creux dans la pièce. Si on demande pas un cycle de poche, on obtient la pièce à droite. Le logiciel recalcule le cycle en fonction de l outil déclaré. Exemple : pour réaliser le porte-clés pour jeton de caddy ci-dessous, nous allons devoir utiliser plusieurs spécifications de forme. La dimension importante du jeton est son diamètre, nous allons devoir utiliser le contournage extérieur. Le logement doit contenir le jeton, nous allons utiliser le contournage intérieur. Son fond doit être plat, il faudra faire un cycle de poche. Outils : ce sont des instruments coupants qui enlèvent la matière, nous nous intéresseront en priorité aux fraises et aux forets. Les moyens de fixation : pour solidariser l outil à la machine et pour assurer son mo ntage et son démontage, il existe essentiellement deux moyens. La pince : c est le plus précis mais aussi le plus fragile. La queue des outils doit correspondre au diamètre de la pince (pour nous, 1/8 de pouce). Le mandrin : plus classique mais moins précis. Mandrin Pinces
Fraises : ce sont des outils de coupes qui acceptent des efforts radiaux et axiaux. On distinguera les fraises et les fraises à graver. Les fraises : évitez de choisir des fraises ayant un diamètre inférieur à 2 mm, elles sont trop fragiles. Pour le plastique, choisir des fraises à hélice longue pour dégager le copeau plus vite. Le fait d avoir une bague permet de les reconnaître facilement, mais sa hauteur n est pas toujours fiable. Les fraises diamants seront réservées exclusivement à l Epoxy. Les fraises à graver : elles sont réservées exclusivement à la gravure. Certains fabricant proposent des outils doubles (deux outils pour le prix d un) mais sa durée de vie est limitée (env. 200m de gravure par outil), on ne peut pas les réaffûter. On peut aussi trouver des outils de meilleure qualité, mais ils sont plus chers. Forets : ces outils ne supportent que des efforts axiaux (perçage).
Matériaux : nous n aborderons ici que les plastiques les plus utilisés et le MHD pour le bois. Plastiques : en fonction de leur composition chimique, les différents matériaux plastiques n ont pas les mêmes qualités, nous n en aurons donc pas le même usage. ABS bicouche (Gravoply) : très pratique pour la gravure. Peut se plier au fil thermique. Se découpe à la cisaille. Bon marché. Gravoglas : même utilisation mais résultat de meilleure qualité. Difficile à couper. Ne peut pas se plier. Plus cher. PS choc : très bon rapport qualité prix. Cassant, impossible à plier à froi d. Se plie très bien à chaud. Se thermoforme très bien. Se découpe à la cisaille. PVC : résiste aux chocs. Se découpe à la cisaille. Peut être plié à froid mais le pliage à chaud reste préférable. PVC expansé (forex) : plus léger et moins cher. PMMA (Altuglas) : gravage ou rainurage. Transparent. Polycarbonate : incassable. Se plie à froid et se découpe à la cisaille. PET (Polyester) : peut se plier ou se cintrer à froid. Peut s utiliser comme charnière. S usine très bien, très résistant aux chocs. Peut être agrafé, riveté, cloué. PEHD (Polyethylène haute densité) : très bonne usinabilité et performances mécaniques très élevées. Boîtiers : les boîtiers du commerce sont en général en ABS. Usinabilité moyenne. CD : on peut, pour certains projets, usiner des CD. Il ont une face en résine et une recouverte d une couche d aluminium. Caractéristiques : les caractéristiques des matériaux peuvent varier avec différents critères. Si vous voulez conserver les mêmes conditions de coupe, nous vous conseillons de faire varier le moins possible les paramètres suivants : Couleur : pour obtenir les différentes couleurs, les fabricants incluent dans les plastiques des gels plus ou moins dur. A titre d exemple, un boîtier noir est beaucoup plus facile à usiner qu un rouge. Fournisseur : tous les fournisseurs n utilisent pas la même composition chimique et stockent leurs plastiques différemment. Temps : l age peut altérer les qualités d un plastique. Température : un plastique qui à connu le gel peut devenir cassant. UV : les rayons du soleil attaquent les plastiques. Bois : pour certains projets, pour faire des modèles (moulage, thermoformage, etc.), pour faire des plaques martyr on peut utiliser aussi le bois. MHD : Le médium Haute Densité possède de très haute qualités d usinage. Il n est pas poreux. Il à un très bel état de surface. Il à une épaisseur constante. Il est solide. On le trouve dans tous les magasins de bricolage en plusieurs épaisseurs).
Usinage Mise en position : il convient de mettre la pièce à usine r en place suivant les règles de l isostatisme. un plan : poser la pièce. une ligne : guider la pièce. un point : supprimer la dernière translation possible. Pour ce faire, on peut utiliser différents moyens : Réglettes : en fixant des réglettes sur la table de la machine, on obtient un référentiel qui permet de mettre la pièce en position à chaque usinage. Réglettes + montages : on peut aussi positionner grâce à ces réglettes un montage d usinage. Pour usiner une face avant de boîtier, on peut utiliser le dessous comme montage d usinage (le maintien en position sera assuré aussi). Plateau martyr usiné : on peut aussi usiner un plateau martyr pour créer l isostatisme. Certains logiciels ont une commande qui permet de le faire. Maintien en position : après avoir positionné la pièce, il faut la maintenir pour supporter les efforts dû à l usinage. Scotch double face : c est le moyen le plus rapide, le plus économique et le plus efficace de maintien en position. C est aussi un procédé industriel. Choisir un scotch fin, pas de scotch tissé pour les moquettes (précision d usinage). Le changer à chaque usinage. Il existe aussi des moyens mécaniques : Sauterelle Brides Etau Excentrique
Origines : elles sont indispensables à la machine pour se repérer dans l espace et savoir ou débuter l usinage. Origine machine : c est le zéro de la machine, son point de référence par rapport auquel elle va pouvoir se repérer dans l espace. l origine de l usinage est donné par rapport à ce point. Origine pièce : c est le point d origine du dessin donc de l usinage. On le détermine en allant tangeanter la pièce en X, en Y et en Z. Origine outil : elle peut varier en Z en fonction de l usure de l outil ou en changeant d outil. Elle se situe sur l axe de la broche. Sur certaines machines, on peut la régler grâce à un capteur d outil. Tangenter : c est l action de venir faire coincider l origine outil et l origine pièce. Le fait de tangenter sur un axe permet à la machine de mémoriser la cote entre son origine et l'origine de la pièce. Il faut réaliser l action sur les trois axes : X, Y et Z. Dégagement d outil : c est le fait de remonter un peu plus haut en Z pour passer à la suite de l usinage. Il évite de rayer la pièce.