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Dans notre article précédent, nous avons présenté les phases de concept, de conception numérique et de simulation de notre machine de recyclage de filament de bureau. Développée dans le cadre de notre projet de fin d’études au Technologisches Gewerbemuseum (TGM) de Vienne, la machine a été conçue pour transformer les déchets de l’impression 3D en filament de haute qualité et utilisable. Aujourd’hui, après des mois de fabrication, d’assemblage et d’essais intensifs, nous sommes ravis de partager comment nos conceptions numériques se sont traduites dans le monde physique, les obstacles d’ingénierie que nous avons rencontrés et les résultats concrets de notre machine.
La construction agile : essais des sous-ensembles en temps réel
La réalisation physique du recycleur a été le fruit d’une collaboration entre l’atelier de notre école et la fabrication industrielle. La plupart des pièces structurelles et auxiliaires de la machine ont été produites directement au TGM. Cependant, pour le composant le plus critique, la vis d’extrusion de haute précision, nous nous sommes appuyés sur les capacités d’usinage CNC de Xometry pour garantir les tolérances strictes requises pour l’extrusion de polymères.
L’assemblage d’une machine complexe et interdisciplinaire est rarement un processus linéaire. Pour gagner du temps et de l’énergie, nous avons décidé de ne pas attendre que chaque pièce individuelle soit terminée pour commencer les essais. Nous avons plutôt adopté une approche agile d’assemblage et de test en parallèle. Si cela nous a fait gagner des mois sur le calendrier, cela signifiait également que la phase d’assemblage est devenue un défi dynamique, car les essais des sous-ensembles révélaient immédiatement où la théorie de nos modèles CAO rencontrait la réalité de la physique.
Itérations mécaniques et recentrage des matériaux pour le prototype de recyclage
Construire une machine capable de supporter des contraintes élevées en utilisant des pièces imprimées en 3D nécessite une géométrie intelligente et des itérations. Le plus grand défi mécanique que nous avons rencontré concernait le bloc de montage du moteur pas à pas qui entraîne la vis d’extrusion. Le processus d’extrusion nécessite un couple immense pour comprimer, fondre et pousser le plastique broyé à travers le fourreau, et le moteur pas à pas délivre un contre-couple élevé. Comme beaucoup d’autres pièces structurelles de notre machine, le bloc de montage d’origine a été imprimé en 3D en PETG pour conserver un prototype léger et accessible. À l’origine, le support du moteur reposait sur un support unilatéral en porte-à-faux fixé uniquement sur le côté gauche.
Lors des premiers essais, le contre-couple mécanique extrême a fait plier et se déformer cette configuration unilatérale vers le haut, menaçant l’alignement de la transmission. Nous sommes retournés à nos ordinateurs et avons entièrement repensé le système de montage. Nous avons intégré un profilé d’extrusion en aluminium supplémentaire sur le côté droit pour créer un pont, transformant la configuration en un système de support bilatéral robuste. Cette nouvelle configuration équilibrée a réparti les forces uniformément et a rigidifié l’assemblage avec succès, lui permettant de résister facilement au couple sans aucune déformation supplémentaire.
En ce qui concerne les résultats de recyclage, notre priorité pour cette phase a été d’affiner l’extrusion du PLA. Si notre vision initiale incluait un large éventail de matériaux, nous avons constaté que perfectionner la qualité du filament pour le PLA représentait à lui seul un travail considérable, nécessitant toute notre attention. En restreignant notre périmètre, nous avons obtenu une excellente régularité, hautement prévisible, du diamètre du filament, transformant des impressions broyées et usagées en un matériau neuf et pleinement utilisable. Cela nous a permis de stabiliser le système sans introduire trop de variables à la fois.
La matrice d’étalonnage
La plus grande surprise après avoir donné vie à la machine a été la complexité même de l’étalonnage des logiciels et du matériel. Dans la phase de conception numérique, on observe les simulations thermiques et les charges mécaniques, mais en réalité, obtenir un diamètre de filament parfait et constant dépend d’un réseau délicat et interconnecté de variables, telles que les zones de température exactes des éléments chauffants, la vitesse de rotation de la vis d’extrusion, le taux de refroidissement ambiant et la vitesse d’alimentation des flocons broyés. Nous avons passé beaucoup de temps à jouer avec tous ces réglages de la machine, en les ajustant par petits incréments pour trouver l’équilibre parfait.
Au-delà de la mécanique d’extrusion, l’intégration de l’écran tactile s’est révélée être un autre obstacle de taille. Il a fallu programmer entièrement, à partir de zéro, une interface utilisateur intuitive, et l’interconnecter parfaitement avec l’ensemble des entraînements, commandes et régulations de capteurs sous-jacents, afin de garantir un retour d’information cohérent du système.
Perspectives du projet et axes d’optimisation
Bien que la machine soit un succès fonctionnel, l’ingénierie est un voyage continu. Si nous devions développer la version suivante, nous nous concentrerions sur deux domaines principaux pour améliorer l’expérience utilisateur. Premièrement, nous repenserions quelques composants restants pour réduire encore les frottements et fluidifier le flux de matériaux. Deuxièmement, nous mettrions en œuvre des mécanismes de sécurité plus robustes pour garantir que les environnements à haute température et à couple élevé soient parfaitement confinés, rapprochant ainsi la machine d’un véritable appareil de bureau prêt pour le grand public. L’intégration de pièces de haute précision de Xometry avec nos propres composants fabriqués au TGM a permis de traduire avec succès nos théories d’ingénierie en un prototype physique fonctionnel.
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