Dans un article précédent, j’ai souligné l’intérêt, en phase de conception 3D, d’utiliser la rotation dynamique de FreeCAD pour obtenir une visualisation globale d’un modèle. Cette fonctionnalité, bien que pertinente pour apprécier l’architecture générale d’un objet, demeure toutefois insuffisante dès lors qu’il s’agit d’observer des déplacements relatifs entre plusieurs entités modélisées.
Il ne s’agit pas ici de simuler le fonctionnement d’un mécanisme articulé complexe — tel qu’un ensemble piston-bielle-vilebrequin ou un système de soupapes — pour lesquels des extensions spécialisées existent. L’enjeu porte plutôt sur l’animation coordonnée d’objets mécaniquement indépendants, mais dont les mouvements respectifs doivent être synchronisés ou, à tout le moins, ordonnés. À cet égard, les macros développées sous FreeCAD constituent un outil méthodologique particulièrement efficace.
Dans le cadre du projet BATLab112, la mise en mouvement virtuelle des quatre systèmes industriels modélisés répond à trois objectifs. Premièrement, la simulation permet de vérifier la compatibilité spatiale de leurs trajectoires dans l’environnement confiné de la Batcave. Deuxièmement, elle facilite la synchronisation de leurs déplacements afin d’optimiser le processus global de prise en charge de la Batmobile. Troisièmement, elle offre un support de médiation technique destiné à présenter de manière claire et dynamique le fonctionnement général du diorama pédagogique.
La vidéo illustre ce dispositif. Réalisée au moyen d’une macro Python sous FreeCAD, elle met en scène le parcours complet de la Batmobile à travers l’atelier robotisé, en contrôlant précisément le mouvement des différents systèmes industriels.
Enfin, un dernier élément mérite d’être souligné : l’usage de la fonction Enregistrer une macro. Celle-ci constitue un atout majeur pour la génération rapide de segments de code correspondant aux actions effectuées dans l’interface. Ces fragments peuvent ensuite être intégrés et structurés au sein d’un programme plus général, facilitant ainsi le prototypage et l’industrialisation des animations cinématiques.
Cet article présente la troisième version de la conception détaillée, du local électrique à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette mise à jour de cette conception est en lien avec la mise en jour du modèle opérationnel du local technique.
Cet article fait suite à la réalisation du premier modèle opérationnel du local électrique du diorama de la Batcave du projet BATLab112.
Batcave Diorama Electricity Station
Présentation générale
Batcave Diorama Electricity Station Design by FreeCad
Modélisation 3D
FreeCAD
Cet article intervient aussi après un changement d’environnement technique autorisé par le changement d’ordinateur. A présent la version 0.21.2 de FreeCAD est utilisée pour une meilleure définition de la conception du projet BATLab112.
L’atelier PartDesign de FreeCAD propose depuis la version 0.17 les 3 outils : Conteneur, Corps et Groupe, qui d’après la documentation officielle de FreeCad en ligne sont « utiles pour organiser un modèle et créer des assemblages ».
Après déjà quelques années d’utilisation de FreeCAD, j’avoue ne pas avoir tout de suite compris le réel intérêt de ces outils. Je passe rapidement sur l’outil Corps, passage obligé pour créer une pièce. J’ai commencé à utiliser l’outil conteneur lorsque je souhaitais créer des assemblages statiques. Grâce à cet outil, et celui de l’atelier Part Créer une copie simple, je peux transformer un assemblage composé de plusieurs corps en une seule pièce. Pour autant, je n’avais pas encore perçu tout l’intérêt de l’outil Groupe.
J’ai réellement utilisé tout le potentiel de ces 3 outils simultanément lors de la définition d’un élément de la structure Cantilever du local électrique.
La structure Cantilever se compose de montants de deux types : des montants de grandes hauteurs et des montants de hauteurs plus réduites. De plus, en fonction de leur position au sein de la structure, ces montants sont équipés d’appliques lumineuses ou de capuchons de protection. Pour éviter de créer autant de modèles de montants que de configuration possibles, j’ai opté pour la méthode illustrée par la capture d’écran.
Un groupe a été créé pour chaque corps pouvant intervenir dans la composition d’un montant. Au sein de ces groupes plusieurs versions de ces corps ont été développées tout au long du processus de conception des montants. J’ai ensuite utilisé l’outil Clone de l’atelier PartDesign pour cloner un corps présent dans un groupe et l’utiliser dans un assemblage au sein d’un conteneur.
Grace à cette méthode je dispose seulement de 2 conteneurs correspondants au 2 type de montants, dans lesquels j’active et désactive les clones des corps en fonctions des options du montant en cours de définition.
Cet article présente la deuxième version de la conception détaillée, du local électrique à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112. Cette mise à jour de cette conception est en lien avec la réalisation du premier modèle opérationnel du local technique.
Cet article fait suite à l’article précédent sur la conception détaillée du local technique et ceux de la fabrication des différents éléments du modèle opérationnel.
Structure Cantilever de support des chemin de câble
Passerrelle d’accès au local électrique
Les modifications par rapport à la précédente version de la conception détaillée :
Une quatrième armoire de distribution
La structure Cantilever de support des chemin de câbles
Un premier design de la passerelle d’accès au local électrique
Une quatrième armoire de distribution
Cette quatrième armoire de distribution, identique dans sa conception au 3 premières est une armoire supplémentaire pour assurer la distribution des tensions 12VDC.
Armoires de distribution
La structure cantilever
Cette structure est conçue comme support au chemin de câble. Le détail de sa conception fera l’objet d’un prochain article en cours de rédaction.
Structure Cantilever de support des chemin de câble
La passerelle d’accès
La conception de cette passerelle n’est pas encore totalement aboutie lorsque cet article sera mis en ligne. Un article dédié est en cours de rédaction.
Cet article de présentation de la structure mécanique du pont roulant bipoutre fait suite à un article de présentation de la conception préliminaire de cet équipement.
Si ce prototype permet de valider le design de la structure du quadrilatère du pont roulant, il reste à présent à définir plus précisément le design des rails de roulement du pont ainsi que le système de festons de câbles électriques.
Vue générale du pont roulant
Screenshot n°1 : Armoires de raccordement électrique des moteurs
Screenshot n°2 : Festons de câbles électriques
Screenshot n°3 : Rails de guidage et butées de fin course
Screenshot n°4 : Sommiers du pont roulant
Screenshot n°5 : Poutres du pont roulant
Festons de câble
Vues générales
Cette vue en perspective axonométrique plongeante montre le design d’un rail équipé de son feston de câble (Trolleys + Câble).
Cette vue en perspective axonométrique en contre plongée montre le design d’un rail équipé de son feston de câble (Trolleys + Câble).
Vues de détails
Bras de suspension des rails des festons des câbles
Les rails de guidage des festons de câble sont suspendus par des bras. Ces bras sont composés de deux parties : Le bras de suspension du rail et l’étrier de maintien du bras. Le design de ces deux pièces est conçu pour une réalisation par impression 3D. La fixation des étriers sur la structure du diorama est réalisée par des clous à tête suivant l’implantation des rangées de trou. Le nombre d’ensembles bras et étrier reste à définir en fonction des contraintes lors de la fabrication du modèle opérationnel.
Bras de suspension terminaux des festons de câbles
Pour guider le câble vers son point de raccordement électrique et éviter toute tension due au déplacement du pont, deux bras de suspension du rail de guidage sont fixés par un étrier double. Un guide de câble est alors positionné sur le rail entre les deux bras. En passant dans ce guide, le câble est alors dirigé vers son point de raccordement, tout en étant maintenu en position face à la tension exercée sur le câble lors du déplacement du pont roulant.
Trolleys de roulement des festons
Pour garantir le guidage du câble le long de son rail, des trolleys sont utilisés pour supporter le câble et assurer son guidage grâce à 2 séries de 2 rouleaux enserrant la partie inférieure du rail de guidage. Le design de ces pièces est conçu pour une réalisation par impression 3D.
Butées de fin de course
Vues générales
Les butées de fin de course sont placées à l’extrémité des rails de roulement d’un pont roulant. Ces dispositifs constituent une limite physique dans le déplacement du pont roulant, servant de sécurités en empêchant le pont roulant de sortir de ses rails, chuter et faire chuter la charge qu’il transporte.
Les bumpers sont des tampons d’amortissement du choc du contact du pont roulant avec les butées de fin de course. Ils sont installés aux extrémités des deux sommiers du pont roulant (éléments moteur du pont roulant).
Vues de détails
Chacune des quatre butées de fin de course est équipée d’un capteur coupe circuit. Si le pont roulant vient jusqu’au contact d’une butée, il actionne alors son capteur qui coupe l’alimentation électrique des moteurs, entrainant l’arrêt du pont. Le design du corps de ces butées est conçu pour être réaliser par impression 3D. La fixation des butées sur la rail de roulement du pont est réaliser par 6 boulons M2. Le capteur électrique est inséré dans le corps de la butée, maintenu en position par 2 boulons M2.
Bumpers
Le design des bumpers est conçu pour être réaliser par impression 3D. Ils sont fixés sur les extrémités des sommiers par 2 rangées de 3 clous à tête.
Modélisation 3D
FreeCad
La modélisation du pont roulant bipoutre équipant la Batcave du projet BATLab112 a été réalisé avec le logiciel FreeCad V0.19.
Les fichiers des modèles 3D utilisés lors de la conception préliminaire pont roulant bipoutre équipant la Batcave du projet BATLab112 sont téléchargés à partir de la plateforme GrabCAD.
Le design de toutes ces pièces ont été conçus pour être réaliser par 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.
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…
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.
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
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.
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
L’origine de ma réflexion concernant l’usage d’un diorama comme support pédagogique s’inscrit initialement dans une démarche centrée sur la commande de bras robotiques. Cette orientation répondait pleinement à mon objectif de renouer avec des disciplines telles que l’électronique, l’automatisme et la robotique. Elle s’articulait également avec l’intérêt croissant que je portais à la technologie Arduino. Ayant étudié, au cours de mon cursus, la programmation de microcontrôleurs et d’automates programmables, j’ai été particulièrement impressionné par la simplicité d’utilisation et le potentiel offert par les cartes Arduino.
Cette réflexion serait probablement demeurée au stade théorique — limitée à quelques esquisses conceptuelles et fichiers de modélisation 3D conçus sous FreeCAD — sans un événement déterminant pour la suite du projet : la réception, à titre de don, d’une carte Arduino Due. Ce geste a constitué un véritable catalyseur, me conduisant à passer de la conceptualisation à l’expérimentation concrète. J’ai ainsi entrepris de me familiariser avec l’environnement matériel et logiciel propre à cette carte, prélude au développement d’une première maquette de bras robotique pilotée par l’Arduino Due.
Malgré les imperfections inhérentes à cette première construction, cette maquette a constitué une étape décisive en rendant le projet tangible et dynamique. Elle a renforcé ma motivation à poursuivre son développement. Je suis pleinement conscient que cette avancée doit beaucoup à Rémi, membre de ma famille et généreux donateur de la carte, dont le geste a joué un rôle déterminant dans l’évolution du projet.
Quelques années plus tard, dans le cadre du développement du projet BATLab112, j’ai été amené à mobiliser d’autres modèles de cartes Arduino, parmi lesquels les cartes Uno et Mega, ainsi qu’un ensemble de modules complémentaires tels que des capteurs divers et des écrans tactiles. Le modèle de console de commande conçu pour piloter les différents systèmes du diorama à l’échelle 1/12 intègre notamment deux cartes Arduino Mega. Celles-ci assurent à la fois la gestion de l’affichage sur deux écrans tactiles et l’interprétation des commandes émises par l’utilisateur.
Le processus de conception d’un circuit imprimé (PCB) comporte une étape déterminante : l’implantation des composants électroniques. La qualité de cette implantation influence directement les performances du routage, c’est-à-dire l’organisation des pistes reliant les composants entre eux. Pour optimiser cet agencement, des logiciels spécialisés proposent des solutions fondées sur divers paramètres, tels que le nombre de couches disponibles, les priorités fonctionnelles ou encore les contraintes de fabrication.
Dans le contexte du projet BATLab112, cette phase d’implantation revêt une importance particulière, en raison de contraintes spécifiques liées à la reproduction d’un environnement technique fonctionnel à l’échelle 1/12. L’utilisation de FreeCAD permet de visualiser et d’anticiper ces contraintes grâce à la modélisation 3D intégrée.
Ergonomie et cohérence fonctionnelle à l’échelle 1/12
La première contrainte concerne l’intégration des composants selon une logique d’ergonomie réaliste. Sur le PCB dédié aux commandes manuelles de la console, plusieurs éléments — boutons poussoirs, interrupteurs, voyants lumineux — doivent être positionnés conformément à une logique d’utilisation proche de celle d’un pupitre réel.
Ainsi, la disposition ne peut être arbitraire :
chaque voyant doit se situer à proximité immédiate de la commande qu’il signale ;
l’ensemble des commandes doit suivre un ordre cohérent, garantissant lisibilité, intuitivité et continuité d’usage.
Cette approche vise à préserver la valeur pédagogique et immersive du diorama technique, en assurant une correspondance entre interaction utilisateur et organisation fonctionnelle.
Contraintes de volume et d’intégration mécanique
La seconde contrainte d’implantation concerne l’intégration mécanique des composants. Chaque élément doit présenter un volume compatible avec les limites imposées par la structure du diorama. L’épaisseur totale du PCB, la hauteur des composants, ainsi que l’espace disponible dans les caissons ou parois constitutifs du modèle réduisent la liberté d’implantation classique.
L’usage de FreeCAD offre ici un avantage déterminant : la modélisation 3D permet de vérifier la compatibilité dimensionnelle, d’anticiper les conflits d’encombrement et d’ajuster précisément les choix d’implantation.
Conclusion
En conclusion, l’usage d’un logiciel spécialisé dans l’implantation et le routage de PCB ne garantit pas une prise en compte satisfaisante des deux contraintes majeures identifiées — l’ergonomie fonctionnelle à l’échelle 1/12 et l’intégration mécanique des composants. En effet, ces outils opèrent généralement sans lien direct avec l’environnement mécanique réel du projet, ce qui limite leur capacité à assurer une cohérence entre implantation électronique et contraintes structurelles.
Pour cette raison, j’ai choisi de réaliser la phase d’implantation au sein de FreeCAD, déjà utilisé pour la conception du design mécanique du dispositif. Cette intégration dans un environnement unique de modélisation 3D permet de visualiser de manière globale et précise l’impact des choix d’implantation des composants sur l’architecture générale de l’équipement dans lequel le PCB doit s’insérer. Une telle démarche favorise la cohérence entre électronique et mécanique, condition essentielle à la qualité et à la pertinence pédagogique du projet BATLab112.
Le réseau électrique du diorama de la Batcave, développé dans le cadre du projet BATLab112, a pour fonction d’assurer la distribution de l’énergie électrique à l’ensemble des équipements du dispositif. Les quatre systèmes fonctionnels — la plateforme rotative, le pont élévateur, le pont roulant et les bras robotiques — sont pilotés par des consoles de commande dédiées, lesquelles requièrent également une alimentation électrique. En conséquence, la multiplicité des équipements, conjuguée à l’hétérogénéité des niveaux de tension requis, impose la mise en œuvre d’une infrastructure de distribution électrique spécifiquement adaptée.
Pour plus d’informations, voir les articles relatifs à la conception des équipements de la Batcave à l’échelle 1/12 :
L’ensemble des dispositifs de distribution et de contrôle de l’énergie électrique est centralisé au sein d’un local technique dédié. Ce local assure la fonction de point de raccordement du diorama de la Batcave au réseau électrique, tout en intégrant l’ensemble des équipements nécessaires à la distribution de l’énergie et à son suivi opérationnel. Il abrite notamment le poste de transformation HT/BT ainsi que trois armoires de distribution correspondant aux niveaux de tension requis par les équipements du diorama, à savoir 5 VDC, 6 VDC et 12 VDC.
Structure interne
Présentation générale
A l’échelle 1:1, le module de raccordement, situé en amont du poste HT/BT, permet de raccorder un réseau de distribution électrique Basse Tension (BT), au réseau électrique Haute Tension (HT).
A l’échelle du diorama, l’armoire de raccordement assure le raccordement du réseau électrique de la Batcave, au réseau électrique domestique 230V 50Hz. L’entrée de cette armoire autorise un raccordement à une prise secteur par l’intermédiaire d’un câble électrique de type 3G 1,5 mm2.
Description détaillée
Les deux passe-câbles assurent le maintien mécanique du câble en entrée (depuis la prise secteur) et en sortie (vers le convertisseur).
Les deux borniers de raccordement assurent la connexion électriques des deux câbles.
L’interrupteur sectionneur permet d’isoler le diorama du réseau électrique.
Fonctionnement général
Une fois le raccordement au secteur réalisé, par l’intermédiaire du bornier de raccordement, le basculement de l’interrupteur sectionneur en position haute, permet d’alimenter en énergie électrique le convertisseur de puissance du diorama.
Le basculement de l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement en position basse, permet d’isoler complètement le diorama du secteur.
Cette armoire est l’unique point de raccordement au secteur du diorama, afin de garantir la sécurité des utilisateurs.
Modèles 3D
Modèle 3D du presse étoupe, passe câble, utilisé dans les 3 modules du poste HT/BT.
Modèle 3D du bloc de jonction, 230VAC, utilisé comme bornier de raccordement.
Modèle 3D de support de Led, utilisé comme passe câble du module sectionneur.
Modèle 3D des interrupteurs 230VAC utilisés comme sectionneur général du poste HT/BT.
Le convertisseur de puissance
Présentation générale
A l’échelle 1:1, le transformateur est l’équipement central du poste HT/BT. Il assure la transformation de la Haute Tension alternative du réseau de distribution électrique régional, en Basse Tension alternative 230V 50Hz.
A l’échelle du diorama, le transformateur est remplacé par un module – convertisseur de puissance -, qui assure la conversion de la tension secteur alternative 230V 50Hz en basses tensions continues compatibles avec les composants électroniques et actionneurs du projet ; électronique, moteurs…
Description détaillée
Les 3 passe-câbles d’entrée assurent le maintien mécanique des câbles :
Câble 230VAC, issu de l’armoire de raccordement
Câble 12VDC, vers le tableau basse tension
Câble des commandes, issu du tableau basse tension.
Les 4 passe-câbles d’entrée assurent le maintien mécanique des câbles :
Câble 230VAC, issu de l’armoire de raccordement
Câble 12VDC, vers le tableau basse tension
Câble des commandes, issu du tableau basse tension.
Les 4 passe-câbles d’entrée assurent le maintien mécanique des câbles :
Câble 5VDC
Câble 6V DC
Câble 12V DC
Le convertisseur 230VAC/12VDC assure la conversion AC/DC de la tension secteur 230V 50Hz.
Les convertisseurs DC/DC assure la conversion de la tension 12VDC issue du convertisseur AC/DC en tensions continues plus basses ; 5VDC, 6VDC … compatibles avec les composants électroniques et actionneurs du diorama.
La carte électronique des relais assure les commutations des différentes tensions continues de sorties
Fonctionnement général
Lorsque l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement est basculé en position haute, le convertisseur 230VAC/12VDC du convertisseur de puissance, est alors alimenté en énergie électrique. Il fournit une tension de 12V continue en sortie. Cette tension alimente alors le panneau basse tension pour contrôler l’alimentation électrique des convertisseurs DC/DC.
Lorsque le convertisseur 230VAC/12VDC est sous tension, et que le bouton d’arrêt d’urgence du panneau basse tension est relâché, un appui sur un des boutons poussoirs du panneau de commande, déclenche la commande d’un relais. Ce relais commute la tension du convertisseur DC/DC correspondant, en sortie du convertisseur de puissance.
Modèles 3D
Modèle 3D de l’alimentation utilisée comme convertisseur 230VAC/12VDC.
Modèle 3D des convertisseurs de tensions 12VDC/6VDC et 12VDC/5VDC.
Modèle 3D des borniers utilisés sur la carte des relais de.commutation des tensions de sortie.
Modèle 3D des relais utilisés pour commuter les tensions de sorties du convertisseur.
Le tableau basse tension
Présentation générale
A l’échelle 1:1, le tableau BT permet de répartir l’énergie électrique sur les différents départs issus du poste de transformation. A l’échelle du diorama, cette armoire centralise les commandes des tensions continues en sortie du convertisseur.
Description détaillée
Les deux passe-câbles assurent le maintien mécanique du câble en entrée (depuis la sortie du convertisseur 230VAC/12VDC) et en sortie (vers la carte électronique des relais).
Le bornier de raccordement assure la connexion électriques des câbles.
La carte électronique – PCB des commandes -, centralise tous les circuits de commande des tensions de sortie du convertisseur de puissance.
La carte électronique – PCB des relais -, assure la commutation des différentes tensions de sortie du convertisseur de puissance, sous le contrôle des commandes.
Les cartes électroniques sont réalisées en logique câblée, à partir de relais électromagnétiques, de boutons poussoirs et de voyants de visualisation réalisés à partir de LEDs.
Fonctionnement général
Lorsque le convertisseur 230VAC / 12VDC est raccordé au réseau électrique domestique lors du basculement de l’interrupteur sectionneur de l’armoire de raccordement en position haute, il délivre en sortie une tension de 12V DC. Cette tension est alors utilisée pour alimenter en énergie électrique, une carte électronique de commande et une carte de relais qui contrôlent les tensions de sortie du convertisseur de puissance.
Modéles 3D
Modélisation 3D
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.
Visuels de la conception préliminaires des 3 modules composants le poste HT/BT.
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.
Depuis décembre 2021, j’utilise une imprimante 3D Anet A8 dans le cadre du projet BATLab112, pour réaliser certaines pièces mécaniques du diorama de la Batcave.
Je dois préciser que, initialement, je ne souhaitais pas avoir recours à l’impression 3D. Mon ambition était alors de tout construire à l’échelle 1/12 avec les mêmes modes opératoires que pour l’échelle 1, dans une recherche de réalisme. Cependant, j’ai commencé à rencontrer des difficultés de fabrication, notamment pour la réalisation des armoires électriques petits formats. Pour assurer la robustesse de ces armoires lors de leur manipulation, une structure interne est nécessaire. La conception de cette structure doit prendre en compte le faible volume intérieur des armoires devant accueillir une barrette de 4 blocs de jonctions électriques et laisser suffisamment d’espace libre pour faciliter le câblage.
C’est dans ce contexte qu’une opportunité s’est présentée : Paul, un membre de la communauté du projet me propose une imprimante 3D, de type ANET A8, en prêt. À présent j’utilise principalement cette imprimante pour fabriquer des pièces de structures internes ou d’assemblage.
Un gain de temps ?
Passer la phase d’apprentissage, l’utilisation d’une imprimante 3D laisse entrevoir des gains de temps importants dans la phase de fabrication de pièces techniques complexes.
Il est indéniable que je n’aurais jamais réussi à fabriquer des pièces obtenues par impression par d’autres moyens. Certaines de ces pièces ont des formes complexes et nécessite une réalisation précise. Il est important de rappeler ici que je développe le projet BATLab112 sur fond propre. Par conséquent je ne dispose pas d’une gamme d’outils très élaborés. Si nous écartons les options de sous-traitance pour la fabrication de ces pièces, pour des raisons financières, j’ai effectivement économiser le temps de recherche de méthodes de fabrication alternatives ainsi que leurs apprentissages. Mais pour autant, je me rends compte avec le recul, que le temps nécessaire pour maîtriser cette imprimante 3D est loin d’être négligeable dans le temps passé sur le projet BATLab112 depuis son acquisition.
BATLab112 