Catégorie : Maker

Quelle découpeuse laser pour les écoles? Partie 1: qu’est-ce qu’une découpeuse laser

12 avril 2024 12 avril 2024 by , , , 0 Commentaire

L’école a souvent été le reflet de l’évolution de la société en intégrant les dernières technologies au service de la pédagogie plus ou moins rapidement. On peut citer naturellement la calculatrice, l’ordinateur, mais aussi les imprimantes. Ont suivi les robots, Internet, Wikipedia, les tablettes, les beamers, les écrans interactifs. Souvent, ce sont des enseignants convaincus qui font leusr premiers essais pédagogiques dans leur coin, la plupart du temps avec leur propre matériel. Puis des évaluations pédagogiques sont faites, et les technologies sont adoptées, rejetées ou déployées à large échelle, au grès des courants pédagogiques et politiques.

Dernièrement, ce sont les imprimantes 3D et les plotters à découper, comme les Silhouette Cameo, qui ont massivement intégré nos écoles. Nous voyons une démocratisation des outils industriels, avec un plongeon des prix et simplification de leurs usages, avec une adaptation des logiciels pour le grand public. Les prochaines machines qui commencent à arriver dans les écoles sont les CNC et les découpeuses laser. Dans cet article, je me concentrerai sur les découpeuses.

Qu’est-ce qu’une découpeuse laser?

La découpeuse laser, aussi appelée graveuse laser, permet de découper et graver différents matériaux à l’aide d’un laser monté sur des axes X et Y.

Selon le type de laser et sa puissance, on peut découper du bois, du contreplaqué, du plexi, du carton, du cuir et graver ces mêmes matières, ainsi que le verre, l’ardoise, la pierre ou le métal. Pour cela, on va partir d’un fichier 2D vectoriel.

Quels sont les types de découpeuses laser?

On peut globalement séparer les découpeuses laser en 3 catégories:

Laser CO2

Cette technologie est basée sur un tube laser, qui génère un rayon infrarouge (donc invisible). Ce rayon est ensuite dirigé par une série de miroirs sur une tête de découpe, qui contient une lentille qui va focaliser le rayon.

Schéma d'une découpeuse laser CO2

On va retrouver des petites découpeuses sans marque chinoise (en général de 40W, les fameuses K40), jusqu’à des découpeuses professionnelles de plusieurs centaines de Watts de puissance.

Découpeuse laser chinoise K40
Découpeuse laser Trotec, de fabrication autrichienne

Il y a autant de différence entre une K40 et une Trotec, en matière de sécurité, de fiabilité, de prix et de coût d’entretien, qu’entre une 2CV et une Rolls-Royce. Je vous invite du reste, au sujet du prix, à consulter l’article suivant. La Trotec est la découpeuse de référence dans de nombreux FabLabs suisses.

Avantages des découpeuses laser CO2:

  • Précision élevée : Les découpeuses laser CO2 permettent des coupes très précises, même sur des détails fins, ce qui est idéal pour des applications complexes et délicates.
  • Polyvalence : Ces machines peuvent couper une grande variété de matériaux non métalliques comme le bois, le plastique, le verre, le papier, et même certains métaux fins, rendant l’équipement adapté à divers secteurs.
  • Qualité de coupe : La qualité des bords de coupe est généralement très élevée, avec peu ou pas d’ébarbage, ce qui réduit le besoin de finitions supplémentaires.
  • Non-contact : La découpe laser est une méthode non-contact, ce qui signifie qu’il y a moins d’usure sur l’outil et pas de déformation du matériau due à une pression physique.
  • Automatisation et répétabilité : La découpe laser CO2 peut être facilement automatisée et intégrée dans des systèmes de fabrication numérique, permettant une grande répétabilité et efficacité dans la production.

Inconvénients des découpeuses laser CO2

  • Coût initial élevé : L’achat et l’installation d’une découpeuse laser CO2 peuvent représenter un investissement initial considérable. En effet, il faut impérativement éviter les découpeuses lasers chinoises sans marque, qui présentent de très grands risques pour la sécurité.
  • Coûts de fonctionnement : Les composants de la machine, comme les miroirs et les lentilles, peuvent s’user et nécessiter des remplacements périodiques. Les coûts de fonctionnement peuvent donc être élevés. Par exemple, un tube CO2 doit être remplacé régulièrement (5’000 à 10’000 heures de fonctionnement). Un tube laser de 100W coûte plus de 1’000 CHF et est très difficile à trouver en Suisse. Il en est de même pour les miroirs et les lentilles. Il faut pouvoir s’approvisionner directement en Chine.
  • Encombrement : les découpeuses laser CO2 sont souvent très encombrantes et lourd. Par ailleurs, elles nécessitent impérativement un système de refroidissement à eau externe. Elles sont difficiles à déplacer et nécessitent une remise en service à chaque déplacement.
  • Limitation de matériaux : Bien qu’elles soient polyvalentes, les découpeuses laser CO2 ne sont pas idéales pour tous les types de matériaux, notamment certains métaux épais ou réfléchissants qui peuvent nécessiter un laser de type différent (comme un laser à fibre).
  • Sécurité : Le rayon laser est invisible. Il faut donc impérativement un interrupteur de sécurité lors de l’ouverture de l’enceinte de protection. Les découpeuses laser chinoises présentent de très nombreux risques de sécurité (électrique, incendie,…).
  • Compétences nécessaires : si l’usage d’une découpeuse laser CO2 est relativement simple, sa maintenance et les réglages périodiques nécessitent de solides compétences et de l’expérience. Une mauvaise manipulation peut détruire le tube laser.

Découpeuses laser à diodes

Les premières découpeuses à diode (en l’occurrence des graveuses) ont été bricolées à partir de composants de graveurs DVD. En particulier, il s’agissait d’utiliser la diode qui permettait de graver les DVD. Des châssis spécifiques ont ensuite été conçus et des diodes toujours plus puissantes utilisées. Actuellement, on peut monter jusqu’à des puissances de 40W en combinant le rayon de plusieurs diodes.

Source: Creality

On trouve des découpeuses laser à diode « nues » à petit prix. Ces dernières sont beaucoup trop dangereuses pour un usage scolaire.

Découpeuse laser à diode « nue »

Depuis peu, les principaux fabricants (Creality, Xtool) commencent à proposer des lasers à diode enfermés dans une enceinte avec suffisamment de sécurités pour obtenir la certification Laser Classe 1, ce qui les rend utilisables en toute sécurité en classe.

Creality Falcon2 Pro

Avantages des découpeuses laser à diodes

  • Coûts réduits : les découpeuses laser à diode sont beaucoup plus simples que celles avec un tube CO2. Elles sont donc d’un coût bien inférieur. Pour une découpeuse compatible avec un travail en présence d’élèves, on commence avec un prix de 1500 CHF.
  • Taille compacte : Les systèmes à diode sont souvent plus compacts et légers que leurs homologues CO2, ce qui les rend idéaux pour un usage en classe. Ils sont aussi facilement transportables d’une classe à l’autre selon les besoins de l’école. Par ailleurs, les découpeuses laser à diode ne nécessitent pas de l’encombrant refroidissement par eau.
  • Maintenance réduite : Les lasers à diode nécessitent généralement moins de maintenance que les lasers CO2, car ils ont moins de composants optiques sensibles (comme les miroirs) qui doivent être nettoyés et alignés régulièrement.
  • Longue durée de vie : Les diodes laser peuvent avoir une durée de vie plus longue en termes d’heures d’opération avant de nécessiter un remplacement, contribuant à réduire les coûts à long terme.
  • Bonne pour les matériaux fins : Les découpeuses laser à diode sont particulièrement efficaces pour la découpe de matériaux fins et délicats, offrant une bonne qualité de coupe avec un minimum de dommages thermiques sur les bords. C’est aussi particulièrement le cas pour les gravures.
  • Faciles à mettre en oeuvre : le fonctionnement des découpeuses laser à diode est relativement simple. Un enseignant peut facilement l’utiliser et faire la maintenance.

Inconvénients des découpeuses laser à diodes

  • Puissance limitée : Les lasers à diode offrent généralement moins de puissance que les lasers CO2, ce qui limite leur capacité à couper des matériaux épais ou très réfléchissants.
  • Surface de coupe restreinte : souvent la surface de travail d’une découpeuse laser à diode est limitée à environ 40x40cm.
  • Gamme de matériaux restreinte : En raison de leur puissance limitée et de la longueur d’onde spécifique du laser, les découpeuses à diode ne sont pas aussi polyvalentes que les lasers CO2 pour travailler avec une large gamme de matériaux. Il est par exemple très difficile de découper du Plexiglas ou de l’acrylique transparents.
  • Vitesse de découpe : Les vitesses de découpe peuvent être plus lentes, particulièrement pour des matériaux plus épais, en raison de la puissance limitée disponible.
  • Qualité de coupe variable : La qualité de la coupe peut varier en fonction du matériau et de l’épaisseur, avec parfois des bords moins nets ou plus de dommages thermiques comparés à ceux obtenus avec un laser CO2 plus puissant.

Graveuses laser fibre

Je mentionne juste en passant les graveuses laser fibre. Leur usage est très spécifique: la gravure, en particulier sur métal, pour des médaillons, par exemple. Ces machines travaillent sur des surfaces réduites et ne sont pas adaptées pour la découpe. Dès lors, je ne les intègre pas dans cette étude.

LaserPecker2

Dans cette première partie, je vous ai exposé les principaux types de découpeuses laser potentiellement à disposition des écoles. Dans la prochaine partie, je vais aborder les usages des découpeuses laser et, en fonction, le ou les choix idéaux pour une école.

La Nuit des Artistes d’Ecublens, côté régie

26 mars 2024 28 mars 2024 by , , , , , 0 Commentaire

Après 6 ans d’absence, la Nuit des Artistes et de retour à Ecublens. 25 artistes se sont produits le 21 mars à l’Espace Nicollier. La régie audio et lumière était assurée par Michael, l’employé communal qui a fait un travail incroyable pour entièrement refaire toute la partie audio et lumière de l’Espace Nicollier. Cette Nuit des Artistes était le premier test grandeur nature.

Pour corser le tout, j’ai installé une régie vidéo, qui reprenait le son de la régie audio, avec 4 caméras, dont deux opérées par des élèves. L’une d’elle était sur scène pour réaliser des gros plans. L’image était projetée de chaque côté de la scène sur des écrans. Cela a permis de réaliser des plans incroyable. Le spectacle étant filmé en entier, les artistes recevront un accès pour revoir l’entier de la Nuit des Artistes.

Le matériel vidéo a été fourni par le RadioBus. Le test ayant réussi, cela nous permet de pouvoir dès maintenant proposer aux écoles vaudoises le matériel pour la captation de leurs spectacles: une régie vidéo, les écrans, l’enregistreur, 4 caméras HD et tout le câblage. Nous proposons même la possibilité de streamer en direct la vidéo.

A mon grand regret, je ne peux pas vous montrer le résultat, pour des question de protection du droit à l’image des élèves. Mais le résultat est vraiment bon. Et les élèves l’étaient aussi!

J’ai réalisé les prix avec ma découpeuse laser. Mon collègue, prof de TM, a créé les socles.

Créer un trophée scolaire avec Silhouette Studio et une découpeuse laser

15 mai 2023 18 juin 2023 by , , , , , 0 Commentaire

Celles et ceux qui suivent ce blog ont probablement vu que j’utilise Silhouette Studio pour créer des objets pour la découpeuse laser. C’est en effet l’un des meilleurs logiciels de vectorisation, et surtout un logiciel de dessin vectoriel très simple.

Aujourd’hui, je dois créer un trophée pour un concours d’écritures de nouvelles dans mon école. Les géniales bibliothécaires de mon établissement m’ont demandé cela:

Bon, vu la finesse du bec de la plume: aucune chance. Idem pour l’écriture, malgré notre excellente Prusa. Ce serait beaucoup de travail pour un résultat fragile et décevant. Par contre, nous avons la chance, dans mon école, d’avoir une découpeuse laser, en plus des deux imprimantes 3D. Et là, il y a quelque chose à faire en Plexiglas. Voici un exemple:

La carte d’invitation ci-dessus a été réalisée avec Silhouette Studio. Les images ont été vectorisées et le texte ajouté.

J’ai donc proposé un trophée réalisé en Plexiglas transparent, avec un support en bois. L’idée est d’utiliser le logiciel de la Silhouette Cameo, à portée de tous les enseignants.

Etape 1: Dessiner le trophée

Pour cette étape, pas de problème pour qui sait utiliser une Silhouette Cameo. On importe, vectorise, dessine, écrit. Cela peut se faire sur la version gratuite Silhouette Studio, qui reste l’un des meilleurs outils de vectorisation. On met déjà en couleurs différentes les différents calques. Ici: rouge = coupe, noir = gravure.

Prototype 1
Premier projet. Le nom de l’élève vainqueur va remplacer celui de Lovecraft.

Je suis parti d’un dessin de plume, vectorisé. Le socle est un rectangle. J’ai utilisé l’outil offset pour réaliser le tour de la plume. J’ai fusionné le rectangle et le tour de la plume. J’ai ensuite corrigé certains points et ajouté des arrondis sur le rectangle.

Projet final, avec les arrondis

Etape 2: Export SVG

La découpeuse laser a besoin d’un dessin au format SVG. L’export n’est possible qu’avec la version Buisness de Silhouette Studio. La bonne nouvelle: il suffit d’un ordinateur équipé dans l’école pour pouvoir le faire, en ouvrant le fichier Silhouette Studio réalisé sur un autre ordinateur. C’est notre cas dans mon école: 3 ordinateurs ont la licence Buisness et j’en ai une à titre personnel. Sinon, on peut demander à une connaissance qui la possède (par exemple moi…) ou à un FabLab (j’y reviendrai).

Export SVG

Etape 3: import dans le logiciel de découpe et prototype

Pour le moment, je n’ai fait qu’un prototype en contreplaqué, moins cher que le pexi. Après validation, le projet définitif sera réalisé en plexiglas. Le plexi que nous utilisons a exactement la même épaisseur que celle de la lame de la scie circulaire de la salle des Travaux Manuels de l’école. La réalisation du socle en bois sera donc très simple. Le prototype a été réalisé sur ma découpeuse laser personnelle. Le projet final sera fait sur celle de l’école.

Découpe du prototype
Prototype en contreplaqué pour validation

Et voici le prototype en Plexiglas, réalisé dans une chute.

Il reste le socle à faire en bois, modifier le nom pour mettre celui du vainqueur et découper la version finale.

Conclusion

En partant d’un logiciel simple et très utilisé par les enseignants, Silhouette Studio, on voit que le saut vers la découpeuse laser est très facile; car il suffit d’avoir accès à une licence Silhouette Studio Business, qui pourra ouvrir le projet et l’exporter en SVG. Cela permet de se passer d’Inkscape ou d’Illustrator, bien plus complexes d’accès. Surtout, cela ouvre la porte de la découpe laser aux plus grands nombres.

De Silhouette Studio à la découpeuse laser

8 janvier 2023 8 janvier 2023 by , , 1 Commentaire

Les découpeuses laser demandent des fichiers au format vectoriel. Inkscape est complexe, Illustrator hors de prix. Or, le meilleur logiciel de vectorisation (le plus simple, le plus efficace) reste celui de la Silhouette Cameo: Silhouette Studio. Avec la version business, il est possible d’exporter en SVG, ce qui est tout ce qu’il nous faut pour une découpeuse laser. Voici un petit exemple de workflow pour réaliser une licorne en acrylique pour une jeune fille.

1. Vectoriser l’image et créer le document sur Silhouette Studio

Rappel: il faut la version « business édition » pour faire un export en SVG.

2. Importer le fichier SVG dans LightBurn et configurer la découpe

3. Faire plaisir!

Découpe dans de l’acrylique rouge foncé.

Le papa va réaliser une base lumineuse avec des LEDs 🙂

Marquer (graver) de l’acier inox avec une découpeuse laser CO2

26 juillet 2022 26 juillet 2022 by , , 0 Commentaire

Note: ce qui suit a été réalisé avec une découpeuse laser CO2 50W. La procédure est la même pour les lasers à diode (à partir de 15W).

Une découpeuse laser, on l’a vu dans les précédents articles, permet de découper. On a aussi vu que cela permet de graver/marquer des matériaux tendres. Mais qu’en est-il du métal, en particulier de l’acier inox?

Avec une découpeuse laser, hors découpe, il y a 3 moyens de faire une marque sur du métal:

Source: Trotec

La gravure est illusoire sur les découpeuses laser CO2. Il faudrait une découpeuse laser à fibre; même si sous certaines conditions, certaines découpeuses laser CO2 peuvent découper du métal (tête spéciale, forte puissance et apport d’oxygène).

Il nous reste donc le recuit et le retrait de revêtement. Le plus simple étant le retrait de revêtement. C’est ce qu’on trouve typiquement pour le marquage de plaques d’aluminium.

Gravure sur aluminium anodisé

Il s’agit simplement d’évaporer la couche de peinture superficielle sur le matériau. Seulement, cette couche de peinture s’enlève par frottement et sur la durée, le résultat est décevant.

Maintenant, qu’en est-il lorsqu’il n’y a pas cette couche de peinture? Prenons l’exemple de l’acier inoxydable. Dans ce cas, on ne peut pas partir sur une gravure avec un laser CO2. Il va falloir faire du recuit. L’idée n’est donc pas de graver le métal, mais de le recuire, c’est-à-dire de réchauffer suffisamment la surface de métal pour qu’elle fonde et s’oxyde superficiellement. Lorsque la surface refroidit, elle a changé de couleur, étant oxydée, sans aucune perte du matériau. Le processus est décrit en détail ici: https://www.laserax.com/fr/blog/graveur-laser-sur-acier-inoxydable. Autre avantage: cela n’altère pas la propriété inoxydable de l’acier.

Il y a un problème, néanmoins: l’acier inox est réfléchissant. Il renvoie donc le rayon laser, et ne peut donc pas chauffer suffisamment pour générer le processus de recuit. Il faut donc réaliser un coating sur le métal. Je pense que la meilleure traduction est enrobage. On le fait à l’aide d’un produit qui supprime le côté réfléchissant du métal et qui permet d’accumuler la chaleur du laser aux endroits voulus. Il existe des sprays spécialement conçus pour cela, mais qui coûtent une véritable fortune.

On trouve ainsi différentes marques de sprays ou peintures pour marquer le métal (le terme anglais est etching), comme Enduramark ou CerMark, tous à des prix exorbitants.

Certains utilisent alors de ma moutarde pour enrober les pièces à marquer! Et cela semble fonctionner très correctement. D’autres produits, comme certains lubrifiants semblent aussi fonctionner. Pour ma part, j’ai testé d’enduction de la partir à marquer avec un stylo permanent large et noir de marque Edding, très courant en Suisse. Le résultat est à la hauteur:

Marquage sur inox

Sur la photo ci-dessus, on voit, à droite du « C », le premier essai, sans utiliser le stylo noir: très léger et ténu.

Voici un essai avec un de mes vieux couteaux Victorinox:

Passage au stylo permanent noir
Mise en place dans la découpeuse
Marquage avec le laser
Résultat avant nettoyage à l’alcool à brûler
Résultat final

Ressusciter une découpeuse laser 40k chinoise – Episode 7: Sécuriser l’ouverture de la porte

10 juillet 2022 10 juillet 2022 by , , , , 0 Commentaire

Je continue avec mes modifications de la découpeuse laser chinoise 4040 que je suis en train de remettre en état et d’améliorer. Comme je l’ai démontré dans cet article, les normes de sécurité entre la Chine et la Suisse ne sont pas du tout les mêmes: les éléments de sécurité élémentaires ne sont pas du tout présents. Telle que livrée, la découpeuse laser est dangereuse à l’utilisation. Le fait, en particulier, qu’il n’y ait pas de système de coupure du laser lors de l’ouverture de la porte rend l’usage de la découpeuse particulièrement dangereux. Dans cet état, le laser doit être considéré comme de classe 4, soit l’une des classes les plus dangereuses. J’aimerais pouvoir abaisser la norme à la classe 1, c’est-à-dire un laser sans danger pour la peau ou les yeux.

Le contrôleur MG3 de chez Awesome.tech, qui équipe avantageusement maintenant ma découpeuse laser permet de gérer un capteur d’ouverture. Par défaut, il faut que le connecteur soit mis à la terre pour que le laser fonctionne (contacteur normalement fermé – NC). Le problème est que Lightburn, mon logiciel de gestion de découpe laser, ne permet pas de faire un « résume » logiciel. C’est-à-dire qu’une fois la porte ouverte, le logiciel ne peut plus envoyer d’ordres ensuite, même si la porte est fermée. C’est particulièrement problématique, puisque cela bloque la découpeuse lors du chargement des matériaux… Cette limitation semble venir du MG3. Il y a heureusement un autre connecteur, pour réaliser un « résume » manuel. L’ordre du « resume » est donné lorsque le connecteur est mis à la terre.

Brochage du MG3

J’ai donc commandé chez CloudRay un switch avec une double position: normalement fermé et normalement ouvert (NC/NO).

Le brochage est donc le suivant:

Lorsque la porte s’ouvre, cela coupe la connexion à la terre de la PIN1 du connecteur J2 et stoppe les moteurs et le laser.

Lorsque la porte se ferme, cela met à terre la PIN3 du connecteur J1 et donc permet de reprendre le travail. Si la porte est ouverte durant une découpe, lors de la fermeture, le travail reprend exactement à l’endroit d’arrêt.

Au final, cela donne ceci:

Connecteur en place avec sa nappe de fil.
Connexion sur le microcontrôleur MG3.

Quelques remarques:

  • J’ai choisi de sertir les câbles dans des broches 4 pins et d’y ajouter le PIN1 du connecteur J1 qui est la commande du PWM et qui est dirigé sur l’alimentation électrique.
  • J’avais le choix de prendre le GND sur le connecteur J1 ou J2. J’ai pris sur le J1.

Conclusion:

L’ajout de la sécurité d’ouverture, ainsi que l’accès au tube laser CO2 que je peux verrouiller avec une clé, auquel s’ajoute une excellente paire de lunettes de protection de chez CloudRay, me permet maintenant de laisser ma femme et mes enfants utiliser la découpeuse. Après une solide formation, naturellement! La machine est maintenant suffisamment sûre, avec de plus un extincteur à portée de main.

Découpeuse laser: pourquoi mes fichiers ne sont pas à la bonne taille?

26 mai 2022 26 mai 2022 by , , , , 1 Commentaire

Pour réaliser une découpe laser, on part en général d’un fichier vectoriel; en SVG la plupart du temps. Seulement, une fois importé, et ce dans la plupart des logiciels de gestion de découpeuse laser, on se rend compte que les dimensions ont été la plupart du temps réduites. Pourquoi? Et bien cela tient à la résolution du fichier, différente selon le logiciel utilisé pour le créé. Par exemple, Inkscape créé normalement des fichiers SVG à 96 DPI, alors qu’illustrator le créé à 72 DPI. Il y a un rapport de 1.333… entre les deux. Concrètement, voilà ce que cela donne:

Le fichier bleu est l’original à 72 DPI, et est donc trop petit par rapport à la taille réelle de ce qui doit être découpé, qui est en 96 DPI. Du reste, si on ouvre le fichier SVG dans un éditeur de texte (car il s’agit bien de suite de coordonnées), on se rend compte qu’il a été créé par Illustrator. Ce dernier est alors en 72 DPI.

Que faire, donc?

Premièrement, lorsqu’on ignore la provenance du fichier SVG qu’on va découper, il faut toujours contrôler sa taille dans le logiciel de découpe.

Deuxièmement, par défaut, la plupart des logiciels de découpe sont paramétrés en 96 DPI. En cas d’importation d’un fichier à 72 DPI, il faut lui faire une modification d’échelle de 133% (96/72=1.3333…). Si la fonction échelle en % n’existe pas, il faut multiplier la largeur et la hauteur par 1.333

Si on sait qu’on va majoritairement travailler avec des fichiers SVG d’une résolution de 72 DPI (c’est mon cas, puisque j’utilise Illustrator et Affinity Designer), on peut, dans certains logiciels, paramétrer la résolution par défaut.

Dans Lightburn, cela se passe ici:

Préférences/File Settings

On peut alors choisir sa résolution par défaut. Mais dès qu’il s’agira de découper un fichier d’une provenance inconnue, il faudra toujours continuer à contrôler la taille.

En cas de doute, il suffit en général d’ouvrir le fichier SVG dans un éditeur de texte pour, sur les premières lignes, trouver avec quel logiciel il a été généré.

La solution ultime consiste, une fois le fichier SVG ouvert dans un éditeur de texte, à supprimer les arguments width et height (soit ce qui est encadré dans l’exemple ci-dessous). Le fichier s’affichera alors normalement est toujours à la bonne taille, quel que soit le réglage de résolution par défaut du logiciel.

 

J’ai remplacé le contrôleur de ma découpeuse laser, ET ÇA CHANGE TOUT! Ressusciter une découpeuse laser 40k chinoise – Episode 6

12 mai 2022 10 juillet 2022 by , , , 1 Commentaire

Suite de la série de remise en fonction d’une découpeuse laser chinoise 4040.

Dans mon précédent article, je vous avais parlé de mon projet de remplacer le contrôleur M2 Nano de ma découpeuse laser chinoise 4040 par un contrôleur Mini Gerbil V3 de chez Awesome.tech. J’ai très rapidement reçu mon nouveau contrôleur. Et il n’y a pas à dire: ça inspire confiance.

Voilà la découpeuse avant:

Contrôleur M2 Nano

Et voici le nouveau contrôleur installé:

Contrôleur Mini Gerbil V3

On nous promet une installation en 5 minutes. J’en ai pris 20, pour faire quelque chose de propre et surtout tout vérifier deux fois. Et ça fonctionne!

Quels avantages?

Premièrement, il faut savoir qu’avec le contrôleur M2 Nano, la puissance du laser ne se règle qu’en faisant manuellement varier le courant. Il n’est dès lors pas possible de faire varier la puissance durant un travail de coupe ou de gravure. Le Mini Gerbil, lui, gère le PWM (Pulse Width Modulation). Il s’agit de faire clignoter à haute fréquence le laser, afin de réduire la quantité de photos émis dans un temps donné. Cela apporte une plus grande souplesse et cela décuple les possibilités de la découpeuse laser.

Deuxièmement, et c’est sans doute le point le plus intéressant, le Mini Gerbil est utilisable avec l’excellent logiciel Lightburn. Cela me permet de troquer des logiciels bricolés, souvent avec talent, mais en bêta, instables, n’offrant que certaines fonctions, contre un logiciel professionnel, stable et complet. Surtout, outre le PWM, il offre une configuration fine et une gestion d’une bibliothèque de matériaux. Les premiers tests effectués sont plus que concluants.

Il va falloir maintenant étalonner la machine, alimenter la bibliothèque de matériaux, effectuer des tests… et l’utiliser!

Ressusciter une découpeuse laser 40k chinoise – Et maintenant?

6 mai 2022 5 mai 2022 by , , , 1 Commentaire

J’ai maintenant une découpeuse laser fonctionnelle. Le titre est trompeur, puisqu’il ne s’agit pas d’une découpeuse 40k, mais d’une 4040 (= 40cm x 40cm de surface de découpe). On l’a vu dans les articles précédent, elle est équipée du frustre contrôleur Nano M2. Si je peux régler la puissance de découpe à l’aide des boutons sur la machine, il est impossible de la faire varier avec le logiciel, pour avoir différents niveaux de puissance lors d’une coupe. La différence se fait en ce moment en variant la vitesse de déplacement de la tête. C’est utilisable, mais pas pratique pour un usage correct de la découpeuse. Par ailleurs, le contrôleur Nano M2 n’est pas utilisable avec le logiciel Lightburn, à mon sens l’un des meilleurs sur le marché.

La solution consiste à remplacer le contrôleur par un qui soit compatible Lightburn, et PWM. Cette dernière fonction est le Pulse Width Modulation. Il s’agit de faire clignoter à grande fréquence le laser, plutôt que d’émettre une lumière continue. C’est la même technique utilisée pour faire varier l’intensité lumineuse des Leds. Ce faisant on peut faire varier la puissance de découpe.

Plusieurs solutions s’offrent à nous, puisque des makers ont créé des contrôleurs compatibles 40k, mais plus puissants. C’est le cas de Cohesion3D.

Cohesion3D LaserBoard

Le contrôleur a des caractéristiques très intéressantes, mais son prix de 230$, hors frais de port, est trop onéreux, à mon sens, par rapport à la qualité de la machine.

Je me suis tourné alors vers une autre petite société de makers, comme je les aime: AwesomeTech. Ils ont développé un contrôleur compatible Lightburn, qui s’installe en 5 minutes à la place du Nano M2 et qui a acquis une solide réputation dans le milieu Maker: le Mini Gerbil. Aujourd’hui, ils en sont à la version 3 du Mini Gerbil, vendu 150$, frais de port compris pour la Suisse.

Mini Gerbil V3

Il permet d’ajouter un micro-switch de sécurité pour couper le faisceau laser en cas d’ouverture de la porte. Contrairement à la Cohesion3D, ce contrôleur ne supporte pas l’axe Z, ni la rotation pour la gravure d’objets cylindriques. Mais ce ne sont pas des fonctions que je recherche absolument. Surtout, j’aime l’esprit Maker qui anime Awesome.tech. Ce n’est pas tous les jours qu’on croise des personnes qui s’amusent à créer leur propre accélérateur de particules personnel! C’est cette implication dans l’éducation technologique (STEM) que j’ai envie de soutenir. La Mini Gerbil V3 est donc commandée. Stay tuned!

Ressusciter une découpeuse laser 40k chinoise – Episode 5

6 mai 2022 4 mai 2022 by , , 1 Commentaire

A propos de la sécurité

On ne va pas se mentir: la Chine a des normes de sécurité bien en-deça des nôtres… et je le constate en découvrant la découpeuse laser.

Sécurité électrique

Commençons pas les normes électriques. Il y a un danger certain à utiliser une machine qui génère de la haute-tension pour alimenter le tube laser (on parle ici de 15’000 volts!)… et qui a une carcasse entièrement métallique! A l’arrière de la machine, il y a un connecteur pour la mise à terre…

Seulement, la mise à terre se fait normalement par prise électrique (phase, neutre, terre). Je suis donc allé regarder dans ma machine, car parfois, ce n’est pas le cas:

Outre la saleté (d’origine…), on voit que la terre de la prise est reliée avec le câble jaune à la carcasse. J’ai donc supprimé le connecteur fragile, poncé pour mettre le métal à nu et fixé le tout avec vis et écrou inox.

Avec un multimètre, j’ai vérifié que j’avais une résistance quasi-nulle entre ma terre et plusieurs points de la carcasse de la découpeuse. Mais à quoi donc sert ce connecteur? Il semblerait que dans de nombreuses régions (et dans certains vieux bâtiments chez nous aussi), il n’y ait pas de terre, mais que la phase et le neutre, dans les installations électriques des bâtiments. Ce connecteur sert alors à faire une terre.

Sécurité optique

La particularité du laser au CO2 est que son rayon est invisible. Et si vous voulez voir les dégâts occasionnés par un tel laser sur un oeil, je vous laisse regarder cette vidéo très instructive:

Les lasers au CO2 sont des lasers de classe 4, soit les plus puissants. La SUVA a édité une brochure d’information pour l’utilisation de toutes les classes de laser. Il y est spécifié ceci:

Les lasers des classes 3B et 4 doivent être entièrement protégés par un blindage et une enceinte pour garantir qu’aucun rayonnement ne s’échappe vers l’extérieur. Dans ce cas, le laser équipé d’une enceinte fermée correspond à la classe 1. Tous les écrans de protection (blindage) importants pour la sécurité doivent être surveillés par des interrupteurs de sécurité et ne doivent pouvoir être enlevés qu’à l’aide d’outils.

Prenons le premier point: l’enceinte. Si on regarde la photo ci-dessous, on pourrait penser que tout est en ordre.

Il n’en est rien, car il y a les ouïes de ventilation sur le devant, qui ne sont pas protégées par un écran en polycarbonate.

Deuxième point. Regardez bien cette vidéo:

Source

Les découpeuses fonctionnent avec la porte ouverte. Il n’y a pas d’interrupteur de sécurité pour l’ouverture de la porte; ni au niveau du lit de découpe, ni au niveau du tube laser! Naturellement, aucune paire de lunettes de protection n’est fournie. Autant dire que je ne laisserai jamais mes enfants utiliser cette machine en l’état sans surveillance. Et on oublie complètement pour un usage scolaire! A l’école, nous avons une découpeuse laser de marque Bodor, aussi de fabrication chinoise. Le prix n’est pas le même, mais le niveau de finition et de sécurité, à tout point de vue, non plus! Au moins, sur ma découpeuse, il y a un bouton coup-de-poing d’arrêt d’urgence… mais j’avoue ne pas encore l’avoir testé! Je vais donc préventivement commander deux ou trois paires de lunettes de sécurité.

Pour résumer cette petite partie sur la sécurité, je vous invite à regarde cette vidéo, qui résume bien ce dont je viens de parler:

Ajoutons au risque direct du laser l’ensemble des risques suivants:

Source: SUVA

Nous pouvons donc commander en Chine librement et sans aucune compétence en la matière des appareils qui demandent des connaissances pointues pour son utilisation, sans compter celles nécessaires pour un usage en sécurité. Ces machines ne sont très clairement pas aux normes européennes et son la plupart du temps livrées sans mode d’emploi. Heureusement, leur déploiement en mains néophytes est freiné par leur prix… mais on commence à voir pulluler sur les sites de vente chinois des « découpeuses » laser (en réalité des graveuses) basées sur des diodes de fortes puissances. Ces machines n’ont pas de protection et sont potentiellement mises entre toutes les mains.

A minima, avant d’opérer sur une découpeuse laser, il faudrait impérativement suivre une formation dans un FabLab. Là, les risques et les mesures de sécurité sont en général très clairement expliqués… en prenant en compte que les FabLab suisses sont souvent équipés de découpeuses laser Trotec, d’origine européenne, avec absolument tous les systèmes de sécurité nécessaires.

Play

Podcast: Play in new window | Download

Ressusciter une découpeuse laser 40k chinoise – Episode 4

5 mai 2022 4 mai 2022 by , , , , , 0 Commentaire

Evacuation des fumées

Après les premiers essais de la découpeuse, un problème allait se faire sentir. Au sens propre du terme: la fumée de la découpe envahit mon garage. Problème: s’il y a bien un grand ventilateur extracteur d’air de 15 cm de diamètre à l’arrière de la machine, il n’y a rien pour y fixer une cheminée. Dans ce cas, la solution passe par l’impression 3D. Le modèle a été conçu sur Fusion 360 et imprimé en PETG sur ma Prusa Mk3.

Le résultat est parfait. Le ventilateur est suffisamment puissant pour pousser les fumées hors de mon garage.

Fichiers STL et Fusion 360 à télécharger: Chinese laser cutter 4040 fumes exhaust

Ressusciter une découpeuse laser 40k chinoise – Episode 3

4 mai 2022 4 mai 2022 by , , , 0 Commentaire

Après avoir vu le fonctionnement d’un laser, passons aux choses sérieuses. Premièrement, le refroidissement. Le tube laser a été posé, connecté aux tuyaux de refroidissement par eau, connecté a son alimentation électrique. La cuve a été remplie avec 25 litres d’eau déminéralisaée. Les bornes ont été isolées avec du silicone. Il est temps de mettre en marche la découpeuse. La pompe se met en route, remplit le tube laser; pas de fuite.

L’étape suivante consiste à laisser tourner la pompe une trentaine de minutes afin de purger les dernières bulles d’air. Reste un point important à résoudre: quel logiciel utiliser? Idéalement, et comme je travaille sur Mac, j’aimerais utiliser l’excellent Lightburn, que j’utilise déjà sur la découpeuse laser de l’école. Pour cela, il faut découvrir quel est le contrôleur intégré à la machine. Pour cela, je me base sur cette page. Pas de bol, c’est une Lihuiyu Nano M2, soit la version la plus basique des contrôleurs.

Le contrôleur M2 Nano
On en profite pour jeter un oeil au transformateur électrique

Il n’y a donc que trois alternatives logicielles avec ce contrôleur:

  • K40 Whisperer, un logiciel en Python, open source. Il fonctionne en duo avec Inkscape, mais son installation sur Mac est relativement complexe.
  • Visicut, multiplateforme en JAVA. Il semble très prometteur, mais je n’ai pas encore réussi, pour le moment, à lui faire reconnaître le contrôleur.
  • MeerK40t, aussi open source, qui fonctionne sur Mac. Si on est sur des versions très préliminaires, c’est le plus simple à installer sur le Mac. Il a tout de suite reconnu le contrôleur.

J’ai donc installé MeerK40t, et après quelques instants pour la prise en main, j’ai pu commencer à déplacer la tête de la laser.

Et là, le drame! Si la tête se déplace sans problème dans l’axe X, ce n’est pas le cas pour l’axe Y. La tête bloque, les crans de la courroie sautent. Bref, ça ne fonctionne pas. En effet, cet axe est très dur à déplacer, même à la main. Ce n’est pas un problème de tension de courroie, mais simplement tout l’axe et le roulement linéaires sont secs. A ce stade, je n’y suis pas allé à l’huile de machine, mais directement avec une grosse dose de WD40. Il a fallu laisser « tirer » plus d’une demi-heure avant que l’axe Y commence à se déplacer fluidement. A ce stade, cela a donc été graissage intégral de la machine.

Il a fallu ensuite niveler tant bien que mal la structure de support du nid d’abeille, complètement maillé d’origine, et serrer correctement la plupart des écrous et vis…

Ensuite, alignent des miroirs. Ceux-ci ont les vis bloquées par de la colle chaude. Il a fallu tout enlever pour effectuer les réglages précis. J’ai alors pu faire les premiers test.

Puissance: 25% – Contreplaqué peuplier 4mm

Le résultat est très encourageant.

Entièrement en mode gravure, pour cette version