Anet A8 – BATLab112

Poste électrique du diorama de la Batcave – Réalisation du modèle opérationnel de distribution électrique à l’échelle 1/12

15 juillet 202521 décembre 2025Stef1 commentaire

Informations générales

Cet article présente le premier modèle opérationnel du local électrique à l’échelle 1/12 du diorama pédagogique Batcave du projet BATLab112. Il décrit la fabrication itérative du poste électrique fonctionnel, sa distribution des tensions adaptées à des contraintes techniques et de sécurité, ainsi que des aspects de réalisation mécanique et d’éclairage intégré.… Lire la suite →

Première publication :

15 juillet 2025

Dernière mise à jour :

21 décembre 2025

Temps de lecture :

5–7 minutes

Mots clés :

Conception, Diorama, Electricité, FreeCAD, Modélisation 3D

Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

Article précédent :

Local électrique – Conception Détaillée – V3

Article suivant :

Introduction : rôle et enjeux du poste électrique dans le diorama pédagogique de la Batcave

Le poste électrique intégré au diorama de la Batcave du projet BATLab112 constitue un élément structurant et central de l’infrastructure technique du diorama. Il assure la distribution de l’énergie électrique nécessaire au fonctionnement de l’ensemble des systèmes industriels miniaturisés à l’échelle 1/12. Conçu comme un équipement pleinement opérationnel, ce poste électrique vise à reproduire, avec un haut degré de fidélité, les principes de fonctionnement d’un poste électrique réel, tout en étant adapté aux contraintes propres à un dispositif pédagogique et expérimental.

La réalisation de ce prototype ne s’est pas inscrite dans une démarche linéaire aboutissant à une version définitive unique, mais s’est développée de manière itérative tout au long de la phase de conception. Cet article s’inscrit ainsi dans la continuité de la troisième évolution de la conception détaillée du poste électrique.

Architecture générale du poste électrique du diorama BATLab112

Le poste électrique du diorama se compose de deux sous-ensembles distincts, chacun ayant fait l’objet de phases spécifiques de conception et de prototypage : le poste de transformation HT/BT et les armoires de distribution électrique.

Poste de transformation HT/BT à l’échelle 1/12 : adaptation fonctionnelle et contraintes de sécurité

Le poste HT/BT, réalisé à l’échelle 1/12 dans le cadre du diorama pédagogique du projet BATLab112, reproduit le fonctionnement général d’un poste de transformation réel. Toutefois, les niveaux de tension et les caractéristiques électriques des tensions d’entrée et de sortie ont été volontairement adaptés. Ces ajustements répondent, d’une part, aux contraintes techniques inhérentes au diorama et, d’autre part, aux exigences de sécurité liées à la manipulation des équipements. Dans ce contexte, la « haute tension » correspond à l’alimentation électrique générale du diorama, fournie par une prise secteur de 230 V en courant alternatif (AC), tandis que la « basse tension » est définie comme une tension de 12 V en courant continu (DC), compatible avec les besoins des modules électroniques intégrés au diorama, tels que les cartes Arduino, les écrans tactiles et les circuits imprimés.

Armoires de distribution électrique : gestion des tensions et rationalisation énergétique du diorama

Les armoires de distribution électrique assurent quant à elles la répartition des différentes tensions nécessaires à l’alimentation des modules électroniques et des actionneurs électromécaniques. La phase de conception préliminaire, associée au sourcing des composants, a permis de rationaliser l’architecture électrique en limitant à trois le nombre de niveaux de tension requis pour l’ensemble des modules électroniques : 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC. Chaque armoire de distribution est dédiée à un niveau de tension spécifique. Une quatrième armoire est exclusivement consacrée à l’alimentation des moteurs du pont élévateur. Bien que ces moteurs fonctionnent également sous une tension de 12 VDC, ce choix vise à limiter la quantité d’énergie électrique transitant au sein d’une même armoire, dans une logique de sécurité et de gestion des flux énergétiques.

Caractéristiques électriques du réseau électrique du diorama

Les caractéristiques électriques détaillées du poste électrique du diorama du projet BATLab112 sont présentées dans l’article suivant :

Câblage électrique du diorama

Cet article propose une analyse technique approfondie des choix relatifs au câblage du réseau électrique du diorama pédagogique de la Batcave, reproduisant à l’échelle 1/12 une infrastructure électrique fonctionnelle. Il s’inscrit dans le cadre de la documentation technique du projet, en explicitant la conception et le dimensionnement du réseau de distribution électrique depuis la sortie du convertisseur de puissance jusqu’aux consoles de commande.

Éléments de réalisme et intégration mécanique

Garde-corps, passerelle et sécurité à l’échelle 1/12

Dans un souci de réalisme et de cohérence avec les standards industriels, la plateforme du local électrique a été équipée de garde-corps assurant la sécurité du personnel, ainsi que d’une passerelle d’accès. Ces éléments ont été réalisés à l’échelle 1/12 par un assemblage boulonné combinant des pièces issues de l’impression 3D — notamment les poteaux des garde-corps et la structure porteuse de la passerelle — et des éléments métalliques, tels que les traverses des garde-corps et le caillebotis de la passerelle.

Structure de support des câbles inspirée des racks industriels

Les câbles électriques raccordés aux différents composants du poste sont maintenus par une structure de support directement inspirée des racks de stockage de type cantilever utilisés en milieu industriel. Cette structure a été conçue à partir de profilés en aluminium, associés à des pièces d’assemblage imprimées en 3D, permettant à la fois une bonne rigidité mécanique et une flexibilité dans l’agencement des câbles.

Système d’éclairage du poste électrique du diorama

Principe de câblage et alimentation des luminaires LED

À ce stade d’avancement du diorama, le système d’éclairage du poste électrique relève encore d’un prototype expérimental. Le principe retenu repose sur l’utilisation de boucles composées de six diodes électroluminescentes (LED) rouges montées en série, chacune étant capable de supporter une tension supérieure à 2 VDC. Chaque boucle est alimentée par une tension de 12 VDC. La mise en œuvre de deux boucles distinctes de six LED a été nécessaire pour assurer l’éclairage complet du poste électrique, tel qu’il apparaît sur les supports photographiques associés.

Limites techniques et axes d’amélioration du système d’éclairage

Si le rendu esthétique global est jugé satisfaisant, des améliorations restent à apporter concernant la technique de câblage des luminaires. Ces derniers, réalisés par impression 3D et équipés chacun d’une LED rouge, sont fixés sur les montants horizontaux de la structure métallique supportant les câbles. Toutefois, le raccordement électrique des luminaires au circuit 12 VDC présente une tenue mécanique insuffisante. Les vibrations induites par les opérations de branchement et de débranchement des connecteurs des armoires électriques peuvent entraîner la déconnexion intempestive des luminaires, ce qui souligne la nécessité d’une évolution de cette solution technique.

Modélisation 3D du diorama avec FreeCAD

La modélisation 3D du réseau électrique du diorama de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCAD.

Le projet BATLab112 utilise la version 0.21.2 du modeleur 3D FreeCAD pour la conception du diorama de la Batcave à l’échelle 1/12. FreeCAD permet de structurer la conception du diorama en amont de sa fabrication, de visualiser des volumes, vérifier des proportions et anticiper des contraintes techniques. L’utilisation de FreeCAD constitue un support méthodologique rigoureux pour la réalisation précise et cohérente de l’ensemble.

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L’intérêt de FreeCAD dans la conception d’un diorama

Simulation cinématique par macros Python dans FreeCAD

Conception de PCB avec FreeCAD

Impression 3D du diorama

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

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Voir aussi

Des articles sur la conception du réseau électrique du diorama

Poste électrique du diorama de la Batcave – Réalisation du modèle opérationnel de distribution électrique à l’échelle 1/12

Local électrique – Conception Détaillée – V3

Local électrique – Conception Détaillée – V2

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Des articles sur les modèles opérationnels et prototypes du diorama

Electronique du pont élévateur – Prototype Ep2

Pont élévateur – Electronique – Prototype

Pont élévateur – Prototype – Plateforme moteur

Prototype fonctionnel d’armoire de distribution électrique basse tension pour diorama

Console de commande – Modèle 1

Plateforme rotative – Modèle 1

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Pont élévateur – Prototype – Plateforme moteur

9 juillet 2025StefLaisser un commentaire

Cet article présente le premier prototype des plateformes de motorisation des axes du pont élévateur à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Introduction

L’article précédent celui-ci, présente la conception détaillée de la plateforme de motorisation des axes du pont élévateur. Cet article se focalise sur le design des composants de la plateforme et leurs dimensionnement pour aboutir à leurs modélisation 3D sur FreeCAD. Cette modélisation permet notamment de s’assurer de la bonne intégration du design général des plateformes de motorisation dans le diorama de la Batcave.

Pour plus d’infos :

Pont élévateur – Conception Détaillée – Plateformes moteurs

Pont élévateur – Conception détaillée – Ep 1

Présentation générale

Pour rappel, le fonctionnement de ces plateformes de motorisation des axes du pont élévateur, repose sur trois composants actifs : un moteur, une roue codeuse et un engrenage à renvoi d’angle. Comme ces composants ont déjà été spécifiés dans l’article de conception détaillée, il s’agit ici, plus particulièrement, de focaliser sur la fabrication des pièces nécessaires pour assembler ces composants actifs sur la plateforme.

Sourcing

Le sourcing des composants actifs et des pièces mécaniques est réalisé à partir d’une plateforme de ventes en ligne. Ce choix est essentiellement dicté par un objectif de limiter le nombre de fournisseur, mais aussi de permettre une centralisation des commandes et ainsi d’envisager des économies d’échelle, notamment sur les frais de livraison.

Pour plus d’informations concernant les caractéristiques de ces composants, voir l’article sur la conception détaillée des plateformes moteurs :

Pont élévateur – Conception Détaillée – Plateformes moteurs

Voir l'article …

Support moteur

Le support moteur se compose de deux parties réalisées par impression 3D. Le design de ces deux parties est très similaire, la seule différence réside dans l’espace dédié au passage des câbles électriques sur la partie arrière. Chaque partie de ce support est montée sur le moteur par ajustement. La fixation de l’ensemble sur la plateforme est réalisé par boulonnage.

Impression via CURA sur imprimante 3D Anet A8

Support du capteur de la roue codeuse

Le capteur de vitesse se compose d’une roue codeuse et d’un capteur photocoupleur fixe qui convertit la vitesse de rotation de la roue codeuse en signal électrique.

+ d’infos :

Pont élévateur – Conception Détaillée – Plateformes moteurs

Voir l'article …

Le support du capteur photocoupleur se compose d’une seule pièce réalisée par impression 3D. Ce support assure le maintien du capteur en position et assure la fixation de l’ensemble sur la plateforme, par boulonnage.

Support de l’engrenage à renvoi d’angle

Ce support se compose de deux parties, réalisées par impression 3D, qui s’assemblent par emboitement. La forme de la partie supérieure du support assemblé est conçue pour maintenir latéralement l’engrenage à renvoi d’angle qui est fixé ensuite par boulonnage. Le support assure la fixation de l’ensemble sur la plateforme par boulonnage.

Armoire électrique

La phase de conception détaillée de la plateforme a apportée une modification au design de la structure des petites armoires électriques par rapport à celles déjà existantes sur le diorama. Ce nouveau design permet de prendre en compte le remplacement du bloc de jonction, initialement présent dans l’armoire, par un mini PCB. Cette structure est réalisée par impression 3D.

Pour plus d’informations :

Pont élévateur – Conception Détaillée – Plateformes moteurs

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Portique de l’armoire électrique

Le portique permet le montage par boulonnage de l’armoire électrique de la plateforme moteur. Le portique est réalisé par impression 3D.

Modélisation 3D

La modélisation du poste électrique équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.21.2

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Impression 3D

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

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Prochaine étape

La première version de la conception détaillée de tous les composants mécaniques du pont élévateur est achevée. La prochaine étape consiste à concevoir et réaliser le prototype de l’électronique de commande.

Voir aussi

Articles – Pont élévateur

Electronique du pont élévateur – Prototype Ep2

Pont élévateur – Electronique – Conception Ep2

Pont élévateur – Electronique – Prototype

Pont élévateur – Electronique – Conception Ep1

Pont élévateur – Conception Détaillée – Plateformes moteurs

Pont élévateur – Conception détaillée – Ep 1

Articles – Prototype

Console de commande – Prototype

Console de commande – Electronique – Ep1

Pont roulant bipoutre – Prototype

Pont élévateur – Prototype – Ep1

Architecture du Diorama – Prototype

Plateforme rotative – Prototype

Prototype fonctionnel d’armoire de distribution électrique basse tension pour diorama

30 septembre 202320 décembre 2025StefLaisser un commentaire

Informations générales

L’article présente la fabrication d’un prototype d’armoire de distribution électrique basse tension pour le diorama du projet BATLab112, conçu pour distribuer les tensions 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC vers les consoles de commande. Il expose les retours d’expérience des prototypes antérieurs, l’impression 3D de la structure interne et la modification du design pour résoudre les échecs…

Première publication :

30 septembre 2023

Dernière mise à jour :

20 décembre 2025

Temps de ecture :

6–9 minutes

Mots clés :

Batcave, FreeCAD, Imprimante 3D

Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

Article précédent :

Conception détaillée d’une armoire de distribution électrique pour le diorama BATLab112

Article suivant :

Local électrique – Conception Détaillée – V2

Introduction

À l’issue de la phase de conception détaillée du modèle d’armoire de distribution électrique du diorama, l’objectif consiste désormais à réaliser un premier prototype fonctionnel. Cette étape vise à valider les choix techniques retenus avant la fabrication des quatre modèles opérationnels destinés à assurer la distribution des tensions 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC vers les quatre consoles de commande des équipements industriels intégrés au diorama.

Retour d’expérience sur les armoires de raccordement électrique

Le retour d’expérience issu des prototypes antérieurs des armoires de raccordement du poste HT/BT a mis en évidence que l’absence de structure interne ne permet pas d’assurer une rigidité mécanique satisfaisante. Bien que l’enveloppe de ces armoires, réalisée à partir d’emballages de produits alimentaires, puisse apparaître suffisamment rigide lors de la phase de fabrication, cette rigidité s’avère insuffisante lors des phases de manipulation et d’exploitation. En conséquence, l’enjeu principal de la réalisation de ce prototype réside dans la validation de la faisabilité technique d’une structure interne réalisée par impression 3D.

Pour plus d’informations, voir l’article du prototype du poste électrique HT/BT du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

Poste électrique HT/BT du diorama BATLab112 : conception détaillée d’un prototype pédagogique

Impression 3D de la structure interne d’une armoire électrique du diorama

Fabrication par impression 3D de la structure issue de la conception détaillée

Le design monobloc de la structure interne des armoires de distribution électrique a fait l’objet d’une analyse approfondie lors de la phase de conception détaillée. L’un des objectifs principaux de cette étude était de limiter la quantité de matière utilisée, en particulier celle associée aux éléments de support. À cet effet, la géométrie retenue se caractérise par des zones en surplomb conçues sous forme d’arches, ne nécessitant aucun support d’impression lors du procédé de fabrication additive. Cette approche permet ainsi d’éliminer toute production de matière résiduelle liée aux supports d’impression.

Deuxième impression 3D : analyse d’un échec de fabrication

Malgré l’attention particulière portée à la conception de ce design, la seconde tentative d’impression s’est soldée par un échec de fabrication. Lors de cette opération, la tête de l’imprimante 3D est entrée en collision avec le modèle en cours d’impression, comme l’illustre la photo associée. Afin de limiter les pertes de matière et de temps, aucune nouvelle impression de ce design n’a été engagée à ce stade.

À ce jour, la cause principale avancée pour expliquer cet incident semble être liée à la taille du fichier numérique stocké sur la carte SD utilisée par l’imprimante 3D Anet A8 du projet BATLab112. Il apparaît en effet que le lecteur de carte SD de la carte électronique de l’imprimante présente des dysfonctionnements lors de la lecture de fichiers volumineux, en particulier lorsque la carte a fait l’objet de multiples cycles d’écriture et de suppression.

Afin de prévenir la récurrence de ce phénomène, deux mesures correctives ont été mises en œuvre. La première consiste à recourir à des cartes SD de faible capacité (8 Go), dédiées exclusivement au stockage des fichiers définitifs avant impression, en limitant les opérations d’écriture. La seconde, détaillée dans le chapitre suivant, repose sur une modification du design du prototype visant à réduire les durées d’impression des pièces.

À la date de mise en ligne de cet article, l’application conjointe de ces deux actions a permis d’éliminer l’apparition de ce dysfonctionnement.

Évolution du design de la structure interne des armoires électrique du diorama

Le nouveau design résulte d’une approche alternative fondée sur la décomposition de la structure en plusieurs éléments distincts, comme l’illustre la capture d’écran de la vue éclatée réalisée à l’aide du logiciel FreeCAD. L’intérêt de cette démarche réside dans la conception de pièces de dimensions réduites et de géométrie majoritairement plane, permettant de diminuer les temps d’impression et de s’affranchir de l’utilisation de supports d’impression. En contrepartie, cette approche implique la définition et la conception des interfaces d’assemblage entre les différents éléments constitutifs de la structure.

Bien que cette méthode de conception ne permette pas d’exclure totalement la réapparition des dysfonctionnements précédemment observés, elle garantit néanmoins une réduction significative de l’impact potentiel en termes de durée d’impression et de quantité de matière susceptible d’être perdue.

Modélisation 3D du nouveau design de la structure interne des armoires électriques du diorama avec FreeCAD

La modélisation du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.

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Impression 3D d’une structure modulaire des armoires électriques du diorama

Préparation du fichier pour impression 3D avec Cura

Impression 3D des éléments de la structure modulaire

Chaque élément constituant la structure interne de l’armoire de distribution est imprimé individuellement. Les deux côtés de l’armoire présentent une symétrie identique, impliquant l’impression en double du même design. Afin de réduire les durées d’impression, les pièces ont été réalisées en qualité « Normal » avec une épaisseur de couche de 0,15 mm. Ce réglage n’offre pas le rendu optimal en termes de finition de surface, mais il reste satisfaisant, la structure interne n’étant ni visible de l’extérieur ni significativement perceptible de l’intérieur.

L’ensemble de ces pièces a été imprimé sans rencontrer la problématique observée précédemment avec le modèle monobloc, confirmant la pertinence de l’approche de décomposition du design.

L’impression 3D des pièces des équipements industriels de la Batcave du projet BATLab112 a été réalisée avec une imprimante Anet A8 et le logiciel Cura.

Voir la page dédiée à l’ANET A8

Assemblage de la structure des armoires électriques du diorama

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.

Fabrication du module sectionneur des armoires de électrique du diorama

Impression 3D de la structure mécanique du sectionneur électrique

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

Assemblage des composants du sectionneur électrique

L’assemblage des différentes pièces du sectionneur est réalisé à l’aide de boulons de type M2. Les blocs de jonction électrique sont positionnés dans leurs supports respectifs, lesquels sont ensuite fixés sur le corps principal du sectionneur. Les deux interrupteurs sont maintenus par deux écrous chacun. Dans les modèles opérationnels, afin de prévenir tout desserrage des écrous susceptible de provoquer leur chute à l’intérieur de l’armoire électrique sous tension — et donc d’engendrer des courts-circuits —, l’utilisation de frein-filet est prévue sur l’ensemble des boulons.

Câblage interne du module sectionneur électrique du diorama

Le câblage est réalisé à l’aide de conducteurs en cuivre rigide de couleur rouge et bleue, d’une section de 2,5 mm². Cette section dépasse les exigences des normes de câblage électrique, compte tenu du courant maximal de 6 A circulant dans ces conducteurs. Par ailleurs, cette configuration offre un rendu esthétique satisfaisant.

Fabrication du module porte fusible des armoires électrique du diorama

Lors de la phase de conception détaillée, le design du porte-fusible a fait l’objet d’une étude spécifique. Aucun des modules disponibles sur le marché ne répondait pleinement aux exigences du projet, tant en termes de nombre de voies que de dimensions. La fabrication d’un porte-fusible complet aurait été fastidieuse et aurait présenté un résultat incertain sur le plan des contraintes mécaniques et électriques. Par conséquent, le choix s’est porté sur l’utilisation d’un boîtier automobile à six voies avec point commun, dont l’enveloppe mécanique peut être modifiée afin de répondre aux contraintes d’intégration au sein de la structure de l’armoire.

Impression 3D des supports mécaniques du module porte fusible

Impression 3D des chemins de câble du module porte fusible

Assemblage du module porte fusible

Assemblage final des modules composants une armoire de distribution électrique du diorama

Câblage interne d’une armoire de distribution électrique du diorama

Le bloc porte-fusibles est connecté à la sortie du sectionneur à l’aide de deux conducteurs en cuivre rigide de section 2,5 mm². L’emploi de cette section, identique à celle utilisée pour le sectionneur, assure la cohérence du câblage ainsi que le respect des normes électriques en vigueur. Par ailleurs, chaque connecteur de sortie de l’armoire est raccordé au bloc porte-fusibles au moyen de deux conducteurs de calibre 20 AWG.

Voir aussi

Des articles sur l’avancement du réseau électrique du diorama

Local électrique – Conception Détaillée – V1

Conception détaillée d’une armoire de distribution électrique pour le diorama BATLab112

Conception préliminaire du poste électrique HT/BT du diorama BATLab112

Des articles sur la fabrication des prototypes d’autres équipements industriels à l’échelle 1/12

La Batmobile à l’échelle 1/12 du projet BATLab112

Diorama Batcave Timeline – Ep1

Bras robotique – Prototype 1

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Conception détaillée d’une armoire de distribution électrique pour le diorama BATLab112

5 février 202321 décembre 2025StefLaisser un commentaire

Informations générales

Cet article décrit la conception détaillée d’une armoire de distribution électrique basse tension à l’échelle 1/12 pour le diorama de la Batcave du projet BATLab112. Il expose les contraintes mécaniques et fonctionnelles rencontrées, notamment l’importance d’une structure interne robuste pour maintenir les composants et faciliter les manipulations. Les systèmes réalistes à échelle réduite et leur…

Première publication :

5 février 2023

Dernière mise à jour :

21 décembre 2025

Temps de lecture :

7–10 minutes

Mots clés :

Batcave, Conception, Diorama, Electricité, Electronique, FreeCAD, Modélisation 3D, Pédagogie, Technologie

Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

Article précédent :

Poste électrique HT/BT du diorama BATLab112 : conception détaillée d’un prototype pédagogique

Article suivant :

Local électrique – Conception Détaillée – V1

Introduction

La réalisation du prototype du poste HT/BT du diorama a mis en évidence les limites du mode opératoire initialement retenu pour la fabrication des armoires électriques. En particulier, l’absence de structure interne dédiée ne permet ni d’assurer une rigidité mécanique suffisante pour des manipulations répétées, ni de garantir un maintien adéquat et pérenne des composants internes de l’armoire.

L’objectif de cette démarche est double. Il s’agit, en premier lieu, de concevoir une structure interne générique, applicable à l’ensemble des armoires électriques du diorama de la Batcave. En second lieu, il convient de développer des équipements modulaires destinés à faciliter le câblage de ces armoires à l’échelle 1/12, tout en respectant de manière aussi fidèle que possible les principes de conception, d’implantation et de fonctionnement mis en œuvre à l’échelle réelle.

Pour d’informations :

Poste électrique HT/BT du diorama BATLab112 : conception détaillée d’un prototype pédagogique

L’article présente la conception détaillée et la réalisation du premier prototype fonctionnel du poste électrique HT/BT à l’échelle 1/12 pour le diorama pédagogique de la Batcave du projet BATLab112. Il s’inscrit dans la phase de conception détaillée visant à reproduire avec fidélité les fonctions d’un poste électrique industriel.

Fondements du design proposé — Héritage de la phase de parangonnage

Le design présenté dans cet article, s’inscrit dans la continuité des articles précédents mais aussi de la phase de parangonnage des équipements électriques industriels existants. Dans cet article, une analyse systématique des systèmes existants à l’échelle 1 : 1, ainsi que des principes de fonctionnement et d’architecture interne des armoires de distribution, a été conduite afin d’identifier les contraintes techniques et mécaniques applicables à une reproduction à l’échelle 1 : 12. Ces éléments ont servi de base à l’élaboration des choix de conception retenus ici, notamment en matière de structure interne, d’intégration des modules (sectionneur, porte‑fusible) et d’optimisation pour fabrication additive.

Le design actuel reprend et adapte ces principes fondamentaux, en les contextualisant dans le cadre d’une approche modulaire et manufacturable par impression 3D. Cette démarche vise à garantir la fidélité fonctionnelle et mécanique des armoires tout en tirant parti des enseignements issus de la revue des équipements existants et des solutions techniques proposées dans l’article de conception détaillée original.

Pour + d’informations :

Revue des infrastructures de distribution électrique industrielles existantes pour l’adaptation au diorama de la Batcave

L’article examine les infrastructures industrielles de distribution électrique existantes en vue de leur adaptation à un diorama pédagogique représentant la Batcave. Il détaille d’abord la structure fonctionnelle d’un poste HTA/BT, qui abaisse la tension moyenne à basse tension et regroupe les dispositifs de protection, de transformation et de distribution. Ensuite, il analyse les armoires de…

Architecture des armoires de distribution électrique à l’échelle 1/12 du diorama de la Batcave

Entrées / Sorties

Les armoires de distribution électrique sont systématiquement dotées d’une entrée d’alimentation et de six sorties. À la date de publication de cet article, ce nombre de sorties excède les besoins liés aux équipements actuellement intégrés au diorama de la Batcave dans le cadre du projet BATLab112. En effet, quatre équipements sont à ce stade en cours de développement : la plateforme rotative, le pont élévateur, le pont roulant et les bras robotiques. Ces dispositifs sont chacun commandés et alimentés en énergie électrique par l’intermédiaire de leurs consoles de commande respectives. Les deux sorties restantes, volontairement non affectées, ont été prévues afin d’anticiper et de faciliter l’intégration d’évolutions fonctionnelles et de nouveaux équipements ultérieurs.

Pour + d’informations concernant la conception à l’échelle 1/12 des équipements industriels présents dans le diorama :

Plateforme rotative – Conception préliminaire

Pont élévateur 4 colonnes – Conception préliminaire

Pont roulant bipoutre – Conception préliminaire

Bras robotiques – Conception préliminaire

Console de commande – Conception préliminaire – Ep1

Modules internes

Les armoires de distribution électrique intègrent deux modules internes principaux : un sectionneur et un porte-fusible. Ces deux dispositifs ont été spécifiquement conçus et développés pour répondre aux exigences du projet BATLab112. Leur conception prend en compte les contraintes propres à une réalisation à l’échelle 1/12, tant sur le plan dimensionnel que sur celui de l’assemblage, tout en respectant les principes de fonctionnement, de sécurité et d’architecture habituellement mis en œuvre pour ce type de modules à l’échelle industrielle réelle.

Ces deux modules sont conçus pour être solidarisés à la structure interne au moyen de boulons de type M2, garantissant à la fois un positionnement précis, une fixation mécanique fiable et une facilité de démontage compatible avec les opérations de maintenance et d’évolution du système.

Principe de fonctionnement des armoires de distribution électrique du diorama

Lorsque le sectionneur est basculé en position haute, la tension d’entrée est alors distribuée à l’ensemble des sorties de l’armoire. Les fusibles assurent une fonction de protection contre les surintensités susceptibles de survenir à la suite d’un dysfonctionnement de l’un des équipements du diorama. À l’inverse, lors du basculement du sectionneur en position basse, correspondant à l’ouverture des deux interrupteurs, l’ensemble des circuits de sortie est totalement isolé de la source d’alimentation électrique.

La tension d’entrée applicable à une armoire de distribution électrique peut correspondre à l’une des trois tensions continues utilisées par les équipements du diorama, à savoir 5 VDC, 6 VDC ou 12 VDC. Le courant maximal délivrable en sortie est déterminé conjointement par le calibre des fusibles installés et par la section du câblage interne de l’armoire. Dans sa première version, le dispositif est équipé de fusibles d’un calibre de 1 A par sortie, conduisant à un courant maximal total de 6 A en entrée.

Modélisation 3D de la structure mécanique des armoires électriques du diorama

_{Screenshot 1 : Structure interne – Aperçu 3D 3/4 face}

_{Screenshot 2 : Structure interne – Aperçu 3D 3/4 arrière}

Présentation générale

La réalisation du prototype du poste HT/BT a mis en évidence les limites du mode opératoire retenu pour la fabrication des armoires électriques. En particulier, l’absence de structure interne ne permet pas d’assurer une robustesse mécanique compatible à la fois avec les contraintes d’exploitation imposées par le diorama et avec des manipulations régulières.

La conception d’une nouvelle structure interne vise à remédier à ces insuffisances en permettant la fabrication d’armoires électriques présentant des caractéristiques mécaniques adaptées aux exigences du diorama. Cette structure est spécifiquement destinée à être réalisée par fabrication additive, au moyen de l’impression 3D, afin de garantir précision dimensionnelle, répétabilité et facilité d’évolution du design.

Description détaillée

Screenshot 1

La structure interne intègre des perforations destinées à l’assemblage par boulonnage des enveloppes internes et externes.
Les emplacements pour les 6 connecteurs de type Jack en sorties.
L’emplacement pour le presse-étoupe du câble d’entrée, issu du convertisseur de puissance.
Le design global de cette structure a été optimisé pour permettre une impression 3D sans recours à des supports pour les surplombs, afin de réduire la consommation de matière et de simplifier le processus de fabrication.
La structure interne est pourvue de perçages permettant le boulonnage des armoires sur le sol du local électrique, assurant ainsi leur stabilité lors de la manipulation des portes, des boutons-poussoirs ou des interrupteurs.

Screenshot 2

Renforts latéraux pour accroitre la rigidité de la structure
Chanfrein pour prendre en compte le pli des panneaux de l’enveloppe externe.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.

Modélisation 3D du module sectionneur des armoires électriques du diorama

_{Screenshot 3 : Sectionneur – Aperçu 3/4 face}

_{Screenshot 4 : Sectionneur – Aperçu 3/4 arrière}

Présentation générale

Le sectionneur de l’armoire de distribution électrique permet d’isoler le réseau électrique desservi par l’armoire, de l’alimentation en énergie électrique.

Description détaillée

Screenshot 3

Guide de fixation des borniers de câblage
Bornier de câblage d’entrée réalisé à partir d’un domino électrique 230V 1,5mm².
Structure de montage du sectionneur réalisée par impression 3D.
Deux interrupteurs à bascule comme sectionneur coupe circuit.
Bornier de câblage de sortie réalisé à partir d’un domino électrique 230V 1,5mm².

Screenshot 4

Patte de fixation du module sectionneur sur la structure interne de l’armoire électrique.
Structure du module sectionneur réalisé par impression 3D.
Perforation pour faciliter le montage des borniers de câblage.

Modélisation 3D du porte fusible des armoires électriques du diorama

_{Screenshot 5 : Porte fusible – Aperçu 3/4 face}

_{Screenshot 6 : Porte fusible – Aperçu 3/4 face}

Présentation générale

Les fusibles protègent les circuits électriques contre les surintensités. Pour protéger les 6 circuits de sorties de l’armoire de distribution, 6 portes fusibles sont donc nécessaires. Cependant, pour des raisons d’encombrement de ces portes fusibles et pour s’assurer que le câblage associé soit simple, la solution retenue repose sur un porte fusible intégré de 6 fusibles plats.

Description détaillée

Screenshot 5

Borniers de câblage des bornes positives des circuits.
Fusibles plats.

Screenshot 6

Borniers de câblage des bornes négatives des circuits.

Modélisation 3D des composants de l’armoire électrique avec FreeCAD

Dans cette phase de conception préliminaire, seul le design général de la structure mécanique de la console de commande est modélisé. L’assemblage des différentes sous-parties n’est pas pris en compte ici. Il s’agit avant tout de valider la faisabilité technique de ce design ainsi que son intégration à l’échelle 1/12. Les détails de l’assemblage des différents sous-ensembles se fera lors de la réalisation du premier prototype.

La modélisation du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.

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Design 3D

Un aperçu de quelques designs complémentaires conçus spécifiquement pour les besoins du projet BATLab112.

GrabCAD

Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire du poste HT/BT équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.

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Modèles 3D

Ces modèles, téléchargés depuis la plateforme GrabCAD, sont utilisés dans cette phase de conception détaillée, afin de valider les assemblages mécaniques entre ces différents sous-ensembles.