Batcave

Diorama de la Batcave du projet BATLab112

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

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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 :

Dernière mise à jour :

Temps de ecture :

6–9 minutes

Mots clés :

, ,

Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

  1. Introduction
  2. Retour d’expérience sur les armoires de raccordement électrique
  3. Impression 3D de la structure interne d’une armoire électrique du diorama
  4. Évolution du design de la structure interne des armoires électrique du diorama
  5. Modélisation 3D du nouveau design de la structure interne des armoires électriques du diorama avec FreeCAD
  6. Impression 3D d’une structure modulaire des armoires électriques du diorama
  7. Fabrication du module sectionneur des armoires de électrique du diorama
  8. Fabrication du module porte fusible des armoires électrique du diorama
  9. Assemblage final des modules composants une armoire de distribution électrique du diorama
  10. Câblage interne d’une armoire de distribution électrique du diorama
  11. Voir aussi

Article précédent :

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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.

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.

Voir la page dédiée à 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.

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

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

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Voir la page dédiée à l’avancement du diorama ⇢

Batcave Diorama by GI World

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Technical information

Production :
Title :
Category :
Batmobile :
Figure :

https://youtube.com/@giworld7966
Batcave Diorama
Making of DIY
Jada Toys Justice League Batmobile & Batman
Jada Toys Justice League Batmobile & Batman

Post :
Duration :
Quality :
Scale :
Comments :

February 2023
5:40
HD 1080p
1:32
None

Scénographie / Scenography

This diorama features a 1/32 scale Batmobile and a Batman figure from Zack Snyder’s Justice League. The Gothic style architecture of the Batcave seems inspired by Tim Burton’s movies with a dark rough and rocky cave on several levels. The Batcave design is simple. It is composed of only one open cavity on the front face. All the walls cave are covered with rocks. The rocks appearance is quite uniform but realistic and well detailed with a brush effect.

This diorama features three staging elements, distributed at different heights in the diorama for better visibility. In the back we can see the door to the Batcave access and the stairs to a rocky platform with the Batcomputer. In the front, there is the rocky platform to park the Batmobile. A fixed footbridge connects the platform to the ground floor of the Batcave. The arrangement of these three elements draws a path from the door to the Batmobile.

Technical details

The making of shows a picture frame used as a rigid base. All the Batcave walls are made with polystyrene plates cut, glued and then coated and painted. A garland of blue LEDs is used to illuminate the diorama and simulate the lighting of the Batcave.

This diorama does not include any animation system. The lighting of the blue leds is fixed.

Voir aussi / See also

Local électrique – Conception Détaillée – V1

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Cet article présente la conception détaillée, du local électrique à l’échelle 1/12, du diorama de la Batcave du projet BATLab112.

  1. Description générale
  2. Systèmes existants à l’échelle 1:1
  3. Raccordement du diorama au secteur
  4. Le convertisseur de puissance
  5. Le tableau basse tension
  6. Modélisation 3D
  7. Voir aussi

Introduction

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 :

Présentation générale

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.

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

Voir la page dédiée à FreeCAD

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.

Voir la page dédiée à GrabCAD

Voir aussi

Articles – Electricité

Articles – Conception détaillée

Pourquoi une imprimante Anet A8 ?

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Diorama Batcave Batmobile Freecad Conception 3D

Une proposition qui tombe à point !

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. 

Articles en lien

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La vue en rotation de FreeCAD, simple gadget ?

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Le logiciel FreeCAD propose une option de vue en rotation, qui peut s’appliquer sur tout ou partie des objets 3D présents dans le fichier de conception en cours. Passer l’effet captivant d’une telle animation, je me suis posé la question de l’intérêt d’une telle fonction. Mon retour d’expérience sur l’utilisation du logiciel FreeCAD depuis 2018, pour concevoir le diorama de la Batcave du projet BATLab112, me permet d’apporter plusieurs réponses à cette question.

Pour plus d’infos : https://wiki.freecad.org/Std_DemoMode/fr

Une aide à la visualisation en 3D

Une première réponse se trouve dans l’ADN même d’un logiciel tel que FreeCAD. En effet, une attente légitime lorsque l’on utilise un logiciel de conception 3D volumétrique, n’est-elle pas de pouvoir visualiser les objets en 3D ? Par conséquent, la vue en rotation est un excellent outil pour cela. Surtout que cette vue dynamique participe à une meilleure visualisation dans l’espace, pour se créer une image mentale des objets conçus plus précise.

Un aperçu dynamique plus complet

Si cette réponse pourrait suffire à justifier cette option de présentation sous FreeCAD, il n’en reste pas moins que son utilité va au-delà de cette évidence. Compte tenu des performance de FreeCAD, il est possible de concevoir des systèmes complexes inertes ou animés, dont la position ou le mouvement de chaque sous-ensemble est contraint par d’autres. Utiliser les angles de vue pré-réglés, tels que les vue de faces ou les vue de trois-quarts, permettent bien d’obtenir des points de vue différents du comportement des sous-ensembles entre eux. Pour autant, cette succession de points de vue ne permet pas toujours d’appréhender dans leurs globalités toutes les interactions en présence. La vue en rotation est alors un outil très interessant pour avoir un aperçu dynamique complet.

Un outil de communication

Il reste encore un avantage important à l’utilisation de cette option de vue en rotation. Savoir concevoir des systèmes 3D complexes est une chose, mais savoir communiquer sur les détails de leur conception, échanger des points de vue pour optimiser les designs ou trouver des solutions techniques, en est une autre. La vue en rotation trouve donc toute son utilité dans ce besoin de communication quelqu’en soit les raisons. Si « un bon croquis vaut mieux qu’un long discours » alors une vue en rotation vaut mieux qu’un croquis en 2D pour appréhender une conception en 3D !

Utilisation dans le projet BATLab112

FreeCAD est utilisé pour concevoir le diorama de la Batcave du projet BATLab112. Ce diorama présente des modèles réduits d’équipements industriels, à l’échelle 1/12. Ces équipement sont tous mobiles et leurs interactions en mouvement sont millimétrées, compte-tenu de l’espace restreint dans lesquels ils sont mis en oeuvre. Par conséquent, obtenir une image mentale la plus précise possible de ce puzzle en 3D est primordial.

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

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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 :

Dernière mise à jour :

Temps de lecture :

7–10 minutes

Mots clés :

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Catégorie :

Electricité du diorama

Sommaire

  1. Introduction
  2. Fondements du design proposé — Héritage de la phase de parangonnage
  3. Architecture des armoires de distribution électrique à l’échelle 1/12 du diorama de la Batcave
  4. Principe de fonctionnement des armoires de distribution électrique du diorama
  5. Modélisation 3D de la structure mécanique des armoires électriques du diorama
  6. Modélisation 3D du module sectionneur des armoires électriques du diorama
  7. Modélisation 3D du porte fusible des armoires électriques du diorama
  8. Modélisation 3D des composants de l’armoire électrique avec FreeCAD
  9. Voir aussi

Article précédent :

Article suivant :

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 :

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…

Lire la suite …

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.

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

  1. La structure interne intègre des perforations destinées à l’assemblage par boulonnage des enveloppes internes et externes.
  2. Les emplacements pour les 6 connecteurs de type Jack en sorties.
  3. L’emplacement pour le presse-étoupe du câble d’entrée, issu du convertisseur de puissance.
  4. 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.
  5. 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

  1. Renforts latéraux pour accroitre la rigidité de la structure
  2. Chanfrein pour prendre en compte le pli des panneaux de l’enveloppe externe.
  3. Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
  4. Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
  5. Barre de renfort et fixation des équipements internes de l’armoire électrique.
  6. 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

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

Screenshot 4

  1. Patte de fixation du module sectionneur sur la structure interne de l’armoire électrique.
  2. Structure du module sectionneur réalisé par impression 3D.
  3. 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

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

Screenshot 6

  1. 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.

Voir la page dédiée à FreeCAD

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.

Voir la page dédiée à GrabCAD

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.

Voir aussi

Des articles sur l’avancement du réseau de distribution électrique du diorama

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Des articles sur la conception détaillée d’autres équipements industriels du diorama à l’échelle 1/12

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Voir la page dédiée à l’avancement du diorama ⇢

Pourquoi FreeCAD ?

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Diorama Batcave Batmobile Freecad Conception 3D

Le diorama du projet BATLab112 est développé sur fond propre. En 2018, lorsque j’ai cherché un logiciel de conception et de modélisation 3D , il n’était pas envisageable d’investir sur des logiciels tels que SolidWorks ou AutoCAD. J’ai ainsi orienté mes recherches du côté des logiciels libres de droit en espérant trouver une solution fiable et performante. Un autre paramètre déterminant pour moi, utilisateur quotidien d’ordinateur Apple, ce logiciel devait fonctionner sous MacOS.

Une communauté active.

Mes premiers critères de sélection dans le choix d’un logiciel libre sont le dynamisme de sa communauté de développement ainsi que la pertinence technique des mises à jour. Concernant le dynamisme de la communauté FreeCAD le contenu du site web officiel : https://www.freecadweb.org est suffisant pour ce faire une idée ; les dernières informations sont récentes et le forum très réactif. Pour ce qui est de la pertinence des mises à jours; la page wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/FreeCAD#cite_note-0.19-73 listant et détaillant ces mises à jour est là aussi suffisante. Elles sont régulières et apportent de réelles plus-values. 

Un premier contact satisfaisant.

Au début de l’année 2018, je télécharge la version 0.16 de FreeCAD. A l’aide de quelques tutoriels, je me familiarise vite avec son ergonomie, après avoir compris l’essentiel dans son processus de conception : objet, esquisse, … Le diorama du projet BATLab112 commence alors à prendre forme.

Des caractéristiques intéressantes.

Comme évoqué, je ne voulais pas me satisfaire d’un logiciel juste parce que ce dernier est gratuit. Mais, je ne voulais pas non plus me laisser séduire par un logiciel facile à prendre en main et dont je serai vite soumis à ses limites. FreeCAD est un logiciel de conception en 3D volumétrique paramétrique. Ce n’est certes pas le plus simple d’utilisation des logiciels de CAO 3D gratuits, cependant il est certainement parmi les plus performants de sa catégorie. Après quatre ans d’utilisation au service du projet BATLab112, je n’ai encore pas sentis de limites dans ses capacités techniques.  

Quelques fonctionnalités intéressantes 

Autres que les fonctions conventionnelles que l’on peut attendre d’un logiciel de conception 3D, voici une liste de quelques fonctionnalités que j’ai particulièrement appréciées à l’usage.

  • Le module de dessin industriel, autorisant des plans avec cotations
  • Le mode d’affichage « vue en perspective » pour un rendu plus réaliste
  • Le mode d’affichage « vue en rotation »
  • Le module de programmation Python
  • L’enregistrement de macros par « apprentissage »
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Tout à commencé avec FreeCAD

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Diorama Batcave Batmobile Freecad Conception 3D

Depuis le début

L’introduction de cette nouvelle séries d’articles dédiée à l’utilisation de FreeCAD dans le projet BATLab112 est l’occasion de revenir sur les débuts du projet.

Dès les premiers instants du projet BATLab112, la nécessité d’utiliser un logiciel de conception 3D s’est avéré indispensable. Je n’avais pas une idée précise de l’apparence final du diorama. J’en avais défini les grandes lignes ; réalisme dans la représentation et fonctionnement opérationnel des équipements industriels, approche pédagogique évolutive dans l’appréhension de ces équipements. Même si la définition générale du projet n’était pas encore aboutie j’avais besoin de rendre plus concrètes certaines idées.

Un double intérêt

L’autre objectif, consistait à remettre à jour mes compétences dans l’utilisation d’un logiciel de CAO 3D. Ma dernière expérience professionnelle dans le domaine remontait à quelques années déjà avec la version Lite du logiciel AutoCAD édité par AUTODESK.

Des avantages mesurables

Pour être honnête je dois quand même avouer que ma volonté d’utiliser un logiciel de CAO 3D à d’abord été dictée par mon objectif de compétence professionnelle. En effet, dans la phase d’incubation du projet, j’ai visionné beaucoup de vidéos de tutoriels ou de démonstration de fabrication à la main de systèmes électromécaniques. Les principes de montage reposent pour beaucoup sur le collage à chaud de pièces de cartons, de bois ou de métal. Ces vidéos me fascinent toujours par la sensation de facilité et de rapidité d’exécution qu’elles dégagent. Elles m’ont amenés à me tester sur leurs pratiques. Pour cela nul besoin de logiciel de conception ! Mais j’ai très vite compris les limites de telles pratiques. Le manque d’anticipation dans la conception entraîne immanquablement des erreurs qui oblige souvent à recommencer, entraînant une perte de temps et un gâchis de matière. De plus, modifier ou démonter ces réalisations étant impossibles ou du moins très fastidieux, cela amplifie encore la tendance au gaspillage. C’est à ce moment que j’ai compris quelles sont les réels avantages d’un logiciel comme FreeCAD pour le projet : une conception réfléchie, anticipant des erreurs de perception et évitant ainsi des impasses et économisant du temps, tout en élaborant des systèmes complexes sans consommer de matières.

En lien

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Diorama Batcave Timeline – Ep7

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batcave 1/12 scale diorama progress overview number 7
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Timeline

Avancement du diorama

Derniers articles

Story

Français – Texte original

Depuis le point d'avancement précédent, l'intégration des quatre pupitres de commandes des quatre équipements industriels de l'atelier automatisé de la Batcave est terminée. Il reste encore à réaliser le câblage électrique de ces pupitres ainsi que les cartes électroniques qui assurent le pilotage des écrans et la gestion des commandes automatiques et manuelles.
La présentation de la Batmobile permet de donner un aperçu du rendu esthétique final.
Le prochain point d'avancement présentera l'évolution de la zone de distribution électrique pour desservir l'ensemble des équipements de la Batcave.

English – This text is an automatic translation from French. If you see any possible improvements, say so in the comments.

Since the previous progress report, the integration of the four control desks of the four industrial equipment of the Batcave automated workshop has been completed. All that remains to be done is the electrical wiring of these consoles as well as the electronic cards which ensure the control of the screens and the management of the automatic and manual controls.
The presentation of the Batmobile gives an overview of the final aesthetic rendering.
The next progress report will present the evolution of the electrical distribution area to serve all the Batcave equipment.

Spanish – Este texto es una traducción automática del francés. Si ve alguna posible mejora, dígalo en los comentarios.

Desde el anterior informe de avance, se ha finalizado la integración de los cuatro pupitres de control de los cuatro equipos industriales del taller automatizado Batcave. Solo queda por hacer el cableado eléctrico de estas consolas así como las tarjetas electrónicas que aseguran el control de las pantallas y la gestión de los controles automáticos y manuales.
La presentación del Batimóvil ofrece una visión general de la representación estética final.
El próximo informe de avance presentará la evolución del área de distribución eléctrica para dar servicio a todos los equipos de la Batcueva.