BATLab112

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Introduction

Suite à la conception détaillée d’un modèle d’armoire de distribution électrique du diorama, l’objectif est à présent de fabriquer un premier prototype avant de fabriquer les 4 modèles opérationnels nécessaires pour distribuer les tensions 5VDC, 6VDC et 12VDC vers les 4 consoles de commandes des équipements industriels du diorama.

Le retour d’expérience des prototypes précédents, des armoires de raccordement du poste HT/BT, a montré que l’absence de structure interne ne permet pas d’obtenir une rigidité satisfaisante. Même si l’enveloppe de ces armoires, réalisée à partir d’emballage de produit alimentaire, parait suffisamment rigide lors de la fabrication, ce n’est pas satisfaisant lors de leur manipulation. Par conséquent, l’enjeux principal dans la réalisation de ce prototype est de valider la faisabilité technique d’une structure par impression 3D.

Structure interne

Impression 3D du design initial

Ce design monobloc de la structure interne des armoires de distribution électrique a fait l’objet d’une étude particulière lors de sa conception détaillée. Un des objectifs de cette étude consiste à limiter la quantité de matière utilisée notamment par les supports. Ce design présente donc la particularité de ne pas nécessiter de support d’impression pour les zones en surplomb grâce à leur forme en arche. Ainsi, il n’y a pas de matière liée au supports d’impression qui soit jetée.

Deuxième impression 3D, un échec !

Malgré toute l’attention portée sur ce design, la deuxième impression s’est traduite par un échec. La tête de l’imprimante 3D a percuté le modèle comme le montre la photo. L’impression d’un autre modèle de ce même design n’a délibérément pas été réalisée pour limiter le risque de perdre encore beaucoup de matière et de temps pour rien.

A ce jour, la principale cause évoquée pour expliquer ce phénomène, semble être liée au poids informatique du fichier stocké sur la carte SD, lu par l’imprimante 3D Anet A8 utilisée par le projet BATLab112. Il semble en effet que le lecteur de carte SD, de la carte électronique de l’imprimante, rencontre des problèmes de lecture des fichiers volumineux, lorsque de multiples opérations de suppression et écriture ont été réalisées sur cette carte. Pour éviter que cette situation ne se répète, deux actions sont mises en oeuvre. La première consiste à utiliser des cartes SD de petits formats (8Go) dédiées au fichiers finaux avant impression en limitant les opérations d’écritures. La deuxième, décrite dans le chapitre suivant, consiste à modifier le design du prototype pour limiter les temps d’impressions des pièces.

A la date de mis en ligne de cet article, suite à l’application de ces deux mesures, le problème n’est plus constaté.

Évolution du design

Présentation générale

Le nouveau design est issu d’une nouvelle approche consistant à décomposer la structure en plusieurs pièces, comme le montre la capture d’écran de la vue éclatée réalisée sous FreeCAD. L’intérêt d’une telle approche consiste à concevoir des pièces de plus petite taille, de forme plane, pour limiter les temps d’impression et ne pas avoir besoin de support d’impression. Par contre, cette approche implique de concevoir l’assemblage de ces pièces entre elles.

Même si cette méthode de conception ne garantit pas que le problème rencontré ne se reproduise pas, elle garantit que l’impact sur le temps et la quantité de matière perdue sera minimisé.

Modélisation 3D

FreeCAD

Impression 3D du nouveau design

Chacune des pièces composant la structure interne de l’armoire de distribution est imprimée individuellement. Les deux cotés sont identiques, le même design est imprimé deux fois. Pour réduire le temps d’impression, ces pièces sont imprimées en qualité – Normal 0,15mm. Ce réglage ne permet pas d’avoir le meilleur rendu en terme d’état de surface, mais cela reste satisfaisant, cette structure interne des armoires n’est pas visible de l’extérieur, et très peu visible de l’intérieur.

Toutes ces pièces ont été imprimées sans que le problème initial sur le modèle monobloc ne se reproduise.

Assemblage

L’assemblage de la structure est réalisé par emboitement des pièces. Les côtes des éléments d’assemblage tenon-mortaise ont été obtenues de manière empirique pour prendre en compte la précision d’impression.

Sectionneur

Impression 3D

Pour des raisons de gestion des temps d’utilisation de l’imprimante, les pièces composant le sectionneur sont imprimées unitairement.

Assemblage

L’assemblage des pièces du sectionneur est réalisé par des boulons M2. Les blocs de jonctions électriques sont montés dans leurs supports. Les supports sont ensuite fixés sur le corps du sectionneur. Les deux interrupteurs sont maintenus par deux écrous. Dans les modèles opérationnels, pour éviter que des écrous se desserrent, puis tombent à l’intérieur de l’armoire électrique sous tension, ce qui pourrait provoquer des courts circuits, du frein filet sera utilisé sur tous les boulons.

Câblage

Le câblage est réalisé avec des fils cuivre rigide de couleurs rouge et bleu de section 2,5mm². Cette section dépasse les exigences des normes de câblage électrique compte tenu du courant maximum de 6A traversant ces conducteurs. De plus, cette section présente un rendu esthétique satisfaisant.

Porte fusible

Lors de la conception détaillée, le design de ce porte fusible a fait l’objet d’une étude spécifique. En effet, aucun module sur le marché ne correspond parfaitement aux spécifications du projet, en terme de nombre de voies et de dimensions. Fabriquer un porte fusible complet, apparaissait fastidieux, pour un résultat incertain en terme de contraintes mécaniques et électriques. Par conséquent, le choix s’est porté sur un boitier automobile 6 voies avec point commun, dont l’enveloppe mécanique peut être modifiée pour s’adapter aux contraintes d’intégration du module dans la structure de l’armoire.

Impression 3D

Supports

Chemin de câble

Assemblage

Armoire de distribution électrique

Assemblage

Câblage

Le bloc porte fusibles est raccordé à la sortie du sectionneur par 2 câbles cuivre rigide de section 2,5 mm². Cette section de fil, la même que celle du sectionneur, garantit la cohérence du câblage et le respect des normes électriques. Chaque connecteur de sortie de l’armoire est raccordé au bloc porte fusibles par deux fils 20AWG.

Voir aussi

Articles – Electricité

Articles – Prototype