[PDF] Contribution à lélaboration dun programme pour imprimante 3D

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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU FACULTE DU GENIE ELECTRIQUE ET D'INFORMATIQUE DEPARTEMENT D'INFORMATIQUE

Mémoire de Fin

d'Etudes de MASTER ACADEMIQUE

Domaine

: Mathématiques et Informatique

Filière : I

n formatique

Spécialité

: Systèmes informatiques

Présenté par

Mourad

AIT AHMED

Sarah AMMICHE Thème

Contribution

à l'élaboration d'un

programme pour imprimante 3D domestique.Mémoire soutenu publiquement le 11/07/ 2016 devant le jury composé de :

Président : M M LAGHROUCHE

Encadreur : M Amar

HAMACHE

Examinatrice

: Mme

T DJAMAH

Examinateur : M Y MOHIA

Nous tenons à exprimer nos sincères remerciements à notre promoteur M R . HAMACHE pour l'intérêt et l'aide qu'il nous a donné. Nous remercions tous le personnel du laboratoire IPSIL de l'ENP d'Oran, en particulier M. BENABDELLAH le directeur du laboratoire, pour leur accueil et leur encadrement tout au long de la période de notre stage. Nos remerciements vont également aux membres du jury pour l'honneur qu'ils nous font en acceptant d'examiner et de juger notre travail. Nous remercions aussi tous ceux, et celles qui ont contribué de près ou de loin pour l'accomplissement de ce modeste travail.

REMERCIEMENTS

DEDICACES

Je dédie ce modeste travail :

A mes chers parents et à mes deux frères

Ilyes Amazigh et Lahlou.

A toute ma famille.

A tous mes amis (es).

A mon binôme Mourad et toute sa famille.

A la mémoire de mon ami HAMEDI KAMEL.

A tous ceux qui m'ont aidé, en particulier Nor et Abdellatif.

A tous ceux qui m'aiment et ceux que j'aime.

DEDICACES

Je dédie ce travail :

A mes parents qui m'ont donnée la vie et sans lesquels je ne serais pas là aujourd'hui et pour le soutiens et leurs nombreux conseils.

Ames adorables soeurs: Meriem, Zineb, Lydia.

A mes amis les plus proches : Hicham, Aghilas, Meziane,

Amirouche,

Nafaa.

A ma binôme Sarah et toute sa famille.

A tous mes camarades de promotion.

Et tous mes amis (es) sans exceptions et en particulier ceux du " E20». Je remercie tous ceux et celles qui m'ont aidé à réaliser ce travail

SSoommmmaaiirree

Sommaire

Introduction générale ........................................................................ ........................................ 1 Chapitre I : Notions élémentaires sur l'impression 3D

1. Introduction ........................................................................................................

.................. 2

2. description de la nouvelle technologie ........................................................................

......... 2 2 .1 Définition ........................................................................ ........................................ 2

2.2 Historique ........................................................................

....................................... 2

3. Types d'imprimantes 3D ........................................................................

.............................. 4

3.1 Imprimante 3D grand public ........................................................................

.......... 4

3.2 Imprimante 3D professionnelle ........................................................................

...... 4

3.3 Imprimante 3D industrielle ........................................................................

............. 5 4 . Secteurs d'application ........................................................................ .................................. 5 5 . Matériaux utilisés ........................................................................ ......................................... 5

5.1 Plastique ........................................................................

......................................... 5

5.2 Métaux ........................................................................

............................................ 7

5.3 Céramiques ........................................................................

..................................... 7 5.4 Matériaux organiques ........................................................................ ..................... 8 5 .5 Matières alimentaires ...................... 8 5.6 Bois ........................................................................ ................................................. 8

6. Composants de l'imprimante 3D ........................................................................

.................. 8 7 . Etapes d'impression ........................................................................ ..................................... 10

8. Technologies d'impression ........................................................................

.......................... 11

9. Conclusion ........................................................................

.................................................... 13

Chapitre II : L'imprimante BCN3D+

1. Introduction ........................................................................................................

.................. 14

2.Organisme d'accueil ........................................................................

..................................... 14 3 . La BCN3D+ ........................................................................ ................................................. 15 3.1 Définition ........................................................................ ........................................ 15

3.2 La technologie suivie ........................................................................

...................... 15

3.3 L es caractéristiques ........................................................................

........................ 16

3.4 Les composants ...................................................................................................... 16

4

Conclusion

............................................................................................................................ 21

Chapitre III : La conception

1.

Introduction

.......................................................................................................................... 22

2

Définition d'un firmware ..................................................................................................... 22

3

Définition de Marlin ............................................................................................................. 22

4

. Rôle de Marlin ...................................................................................................................... 23

5

. Classification des fichiers du firmware ................................................................................ 23

5.1 Configuration lib .................................................................................................... 23

5.2 LCD lib ................................................................................................................... 26

5.3 SD lib ...................................................................................................................... 26

5.4 Serial lib.................................................................................................................. 27

5.5 Temperature lib ...................................................................................................... 27

5.6 Main lib ................................................................................................................. 28

5.7 Plan motion lib ....................................................................................................... 29

5.8 Stepper lib ............................................................................................................... 29

5.9 Servo lib.................................................................................................................. 29

6

. L'adaptation du programme pour BADI3A ......................................................................... 31

6.1 L'architecture de l'imprimante ............................................................................... 32

6.2 Description du mécanisme de l'imprimante locale ................................................ 34

6.3 Les modifications apportées sur le code ................................................................. 35

7 . Conclusion

............................................................................................................................ 36

Chapitre IV : Réalisation

1.

Introduction

.......................................................................................................................... 37

2

Les langages et outils utilisés ............................................................................................... 37

2.1 Le langage C++ ...................................................................................................... 37

2.2 Le G-Code .............................................................................................................. 37

2.3 SolidWorks ............................................................................................................. 37

2.4 Slic3r....................................................................................................................... 39

2.5 Code::Blocks .......................................................................................................... 39

2.6 A rduino IDE ........................................................................

................................... 40

3. Les parties du code

modifiées ........................................................................ ...................... 40

4. Conclusion ........................................................................

.................................................... 43 Conclusion générale ........................................................................ ......................................... 44 Liste des abréviations ........................................................................ ....................................... 45 Bibliographie ........................................................................ .................................................... 46

Liste des figures

Chapitre I : Notions élémentaires sur l'impression 3D

Figure I.1 :L'imprimante BCN 3D++ ........................................................................

............. 4

Figure I.2 : Imprimante 3D ProJet 3500 SD ........................................................................

... 4

Figure I.3 : Imprimante 3D ProX 300 ........................................................................

............. 5

Figure I.4 : Secteurs d'application de l'impression 3D .......................................................... 5

Figure

I.5 : Constitution d'une imprimante 3D ...................................................................... 9

Figure

I.6 : Fonctionnement d'une imprimante 3D ................................................................ 12

Figure

I.7 : Le procédé d'impression 3D ........................................................................

........ 12

Chapitre II : L'imprimante BCN3D+

Figure

II.1 : Organisme d'accueil ........................................................................ ................... 14

Figure

II.2 : L'imprimante BCN3D+ ........................................................................ .............. 15

Figure

II.3 : le châssis d'une BCN3D+ ........................................................................

.......... 17

Figure

II.4 : L'extrudeuse d'une BCN3D+ ........................................................................

..... 17

Figure

II.5 : Le moteur pas à pas d'une BCN3D+ .................................................................. 18

Figure

II.6 : Le plateau d'impression d'une BCN3D+ ........................................................... 18

Figure

II.7 : L'écran LCD de la BCN3D+ ........................................................................

...... 19

Figure

II.8 : Les courroies de la BCN3D+ ........................................................................

..... 19

Figure

II.9 : Une tige filetée de la BCN3D+ ........................................................................

.. 19

Figure

II.10 : Fin de course pour ARDUINO. ........................................................................

20

Figure 11.11 : Carte Arduino ........................................................................

.......................... 20

Figure

II.12 : La carte Ramps 1.4 ........................................................................ ................... 21

Chapitre III : La conception

Figure

III.1 : Le logo officiel de Marlin Firmware ................................................................ 23

Figure

III.2 : Différentes librairies utilisées dans la BCN3D+ ............................................... 30

Figure III.3 : les différentes pièces et les bibliothèques correspondantes .............................. 31

Figure

III.4 : l'imprimante locale(BADI3A) ........................................................................

.. 32

Figure

III.5 : L'extrudeuse ........................................................................ ............................. 32

Figure

III.6 : Les moteurs pas à pas ........................................................................

............... 32

Figure

III.7 : La buse ........................................................................ ...................................... 33

Figure

III.8 : Le chauffage plaque ........................................................................ .................. 33

Figure

III.9 : L'écran LCD ........................................................................ ............................. 33

Figure

III.10 : Les courroies ........................................................................ ........................... 33

Figure

III.11 : Les tiges filetées ........................................................................

...................... 33

Figure

III.12 : Plateau d'impression ........................................................................

............... 33

Figure

III.13 : boitier d'alimentation ........................................................................

.............. 34

Figure III.14 : La carte Arduino ........................................................................

..................... 34 Figure III.15 : Ramps ........................................................................ ..................................... 34

Figure III.16 : le châssis ........................................................................

................................. 34

Chapitre IV : Réalisation

Figure IV.1 : Interface du logiciel SolidWorks ...................................................................... 38

Figure IV.2 : interface du logiciel Slic3r ........................................................................

........ 39

Figure IV.3 : interface du logiciel CodeBlocks ...................................................................... 40

Figure IV.4 : interface du logiciel Arduino IDE ..................................................................... 41

Figure IV.5 : Les valeurs des capteurs de fin de course ......................................................... 42

Figure IV.6 : Les Valeurs de déplacements des axes .............................................................. 42

Figure IV.7 : déplacement manuel et automatique des axes à la position initiale ................. 43

Introduction

générale

Introduction générale

L'impression 3D représente la 3

éme

révolution qui a bouleversé la vie de l'être humain

au XXIe siècle. En effet, loin d'être un éphémère phénomène de mode ou une tendance

passagère, l'impression 3D vient nous apporter de multiples conforts dans notre vie. Aucun domaine n'est resté étranger à cette technologie qui offre tant de bienfaits aussi bien aux entreprises qu'aux particuliers. HP, L'Oréal, la Poste... de plus en plus de sociétés investissent dans le secteur de l'impression 3D et entrent en concurrence avec les pionniers du domaine. S'ils veulent réussir, ils doivent maîtriser les coûts de production pour des produits de bien meilleure qualité développés dans de brefs délais. C'est justement dans le cadre de cette technologie que le laboratoire IPSIL d'Oran travaille, en essayant de développer une imprimante 3D locale en se basant sur celle du fabricant espagnol BCN3D Technologies. Pour y parvenir, il a fait appel à une équipe de développement dont on fait partie.

Au cours du processus de

développement, on est arrivé à la phase ou l'imprimante est prête et il ne reste qu'à la doter de la partie logicielle pour qu'elle puisse fonctionner. C'est justement là qu'on est intervenu, pour analyser le logiciel existant, et l'adapter à la nouvelle imprimante. Pour y arriver, nous avons suivi un plan structuré en quatre chapitres : Le 1 er chapitre présente des généralités sur le monde de l'impression 3D. Le 2

éme

chapitre est consacré à la présentation de notre organisme d'accueil ainsi qu'à la description de l'ancienne imprimante. Le 3

éme

chapitre comporte une analyse du code source actuel ainsi qu'une analyse de la nouvelle imprimante.

Enfin le 4

éme

chapitre qui illustre une partie du code modifié ainsi que les outils nécessaires

à l'exploitation de l'imprimante.

Pour finir, le travail est achevé par

une conclusion générale et quelques perspectives

Chapitre I :

Notions élémentaires

sur l'impression 3D

21. Introduction

Transformer une grande idée en un objet concret et pouvoir le tenir dans sa main est

quelque chose de magique ! Cet idéal est en fait une réalité mondiale pour des concepteurs et

ingénieurs exigeants et avertis. Des prototypes à la demande, disponibles en deux heures

2. Description de la nouvelle technologie

2.1.

Définition

impression 3D, également appelée fabrication additive, permet de fabriquer un objet à

(CAO). Ceci est envoyé vers une imprimante spécifique appelée imprimante 3D qui le

découpe en tranches et dépose ou solidifie de la matière couche par couche pour obtenir la pièce finale.

2.2. Historique

existe pourtant depuis le milieu des années présentant les grands tournants techniques ou pratiques. 1983
-1986 : paternité de -président de 3D System. La

première machine, officiellement commercialisée en 1986, reposait sur le principe de Stéréo-

lithographie. alors aux industriels à créer des objets pour tester leur design avant de décider de la production des pièces en série. 1990
-1992 : Impression couche après couche, espèce de liquide visqueux

Stéréolytographie qui fait ses preuves.

3

1999 : Première prothèse implantée sur un être humain

! Les chercheurs et les ingénieurs créent une

Outre la contrainte de devoir créer un " objet » adapté à la physionomie du malade, il

convient de trouver un système réduisant les risques de rejets. La pièce est donc enrobée de

cellules du patient. Cette étape constitue une avancée majeure en ouvrant de nouvelles

perspectives à la médecine.

2002 : Premier rein fonctionnel

Cette fois-ci, les universitaires du laboratoire Wake Forest Institute for Regenerative

Medicine

greffé sur des animaux et ouvre la médicaux.

2008 : RepRap Project abouti

Lancé en 2005, le projet RepRap réussit son pari. Leur première imprimante auto répliquante Shapeways.com. Concepteur, architectes et ingénieurs peuvent créer des plans de manière conjointe et faire imprimer des objets complexes à prix abordables. Cette année-là, la société MakerBot Industries propose à la vente un Kit DIY (Do It Tout le monde peut désormais posséder chez soi une imprimante 3D fonctionnelle à prix abordable.

2010 : Vaisseau sanguin imprimé avec une imprimante spéciale

, à la fin 2010 lère. En décembre 2010, une équipe de chercheurs parvient à créer avec une bio- imprimante 3D Organovo un vaisseau sanguin fonctionnel. 4

2011 : Or et argent en impression grand public

i.materialise.com , le pour tirer des pièces en série, le bijou est unique et à prix réduit.

3.1. Imprimante 3D grand public

Que ce soit pour la maison ou pour un particulier, est une imprimante qui fonctionne par dépôt de matériau fondu ou semi-

comprend toutes les imprimantes 3D personnelles. Le matériau utilisé par cette famille

3.2. Imprimante 3D professionnelle

s design pour des besoins de prototypage rapide, validation de concept ou de forme, de packaging ou de Ces imprimantes 3D utilisent principalement des

Figure I.2 : Imprimante 3D ProJet 3500 SD

Figure I.1 :

5

3.3. Imprimante 3D industrielle

Destinées aux groupes industriels et offrant

le marché des imprimantes 3D, ces machines offrent un large éventail de matériaux, plastique,

métal, cire ou sable.

Figure I.3 : Imprimante 3D ProX 300

Figure I.4 :

6aéronautique

s métalliques permettan

On retrouve en deuxième place, le secteur biomédical qui est également intéressé par

ne v production. L es 2% correspondent à des offres liées au prototypage de pièces (tests de de pièces sur mesure pour le sport mécanique.

5. Matériaux utilisés

plusieurs matériaux tels que 5.1.

Plastiques

ABS : c'est un thermoplastique très largemen particulièrement par les imprimantes 3D pour particuliers ressemblante au plastique tant au niveau texture, dureté et fonctionnalité. onitrile Butadiene PLA : c'est un polyester thermoplastique issu de ressources renouvelables. À base de 160°C, il est cependant moins rés

peut être utilisé pour fabriquer des objets à but alimentaire (bols, assiettes, tasses).Résine : elle est utilisée dans les procédés SLA et PolyJet, la résine offre différentes

propriétés physiques propres à chaque type. Elle permet des impressions très détaillées

et solides, sur des formes complexes avec un rendu très lisse.

Polyamide :

dre plastique qui donne des objets stables, résistants aux chocs, rigides et légèrement flexibles. On peut fabriquer des

7objets en polyamide pour entrer en contact avec des aliments. Ce plastique est parfois

utilisé en impression 3D pour fabriquer des moules à injection.

Plastique transparent :

transparents. Ces matériaux sont généralement utilisés en dentisterie pour la création

bjets qui laissent passer la lumière (lampes design, verre). Les technologies les plus répandues pour polyjet. 5.2.

Métaux Aluminium

: On retrouve l'aluminium dans des alliages, dans lequel il est combiné à notamment dans l'industrie aérospatiale ou les moteurs. Acier : Répondant également au doux nom d'inox, l'acier inoxydable est l'un des matériaux les plus utilisés dans l'industrie, en plus d'être l'un des plus anciens. Il est

doté d'excellentes qualités mécaniques et peut être couplé à des métaux précieux

comme l'or ou l'argent. Cobalt-chrome : Si jusqu'à présent on utilisait principalement cet alliage avec des techniques de moulage, le procédé EBM offre la possibilité de l'exploiter en

fabrication additive. Solide et très résistant à l'usure, on le retrouve dans la création de

prothèses médicales et l'industrie dentaire. Certaines variantes du cobalt-chrome

résistent à des températures de plusieurs centaines de degrés, idéales pour la

fabrication de moules. Titane : le préféré des industriels pour son rapport solidité/poids excellent, le titane est en outre résistant à la corrosion. Certains alliages comportant du titane sont biocompatibles et donc utilisés pour les prothèses. Il offre en effet une très bonne adhérence aux tissus et même à l'os. 5.3.

Céramiques L'impression 3D offre un intérêt certain dans la création d'objets complexes en

céramique. Pour ce faire, soit on utilise le procédé SLA avec de la résine liquide couplée à de

la céramique, soit on exploite la technique SLS avec une poudre de céramique. Le processus

ne permet pas de s'émanciper de la phase d'émaillage durant laquelle l'objet est soumis à une

température de plus de 1000°C. 8

5.4. Matériaux organiques

Cires : Utilisées pour la création de moules de haute précision, les cires sont exploitées dans des domaines comme la bijouterie ou l'industrie dentaire. La résistance du matériau à la chaleur permet de fabriquer des moulages pour des objets métalliques.

5.5. Matières alimentaires

Du chocolat au fromage en passant par le sucre, de nombreux aliments peuvent être imprimés en 3D. Certaines machines, comme la Choc Creator, offrent la possibilité d'imprimer des formes très complexes et précises en chocolat. La confection de décorations comestibles est aujourd'hui la principale utilisation de l'impression 3D dans le domaine culinaire. Toutefois, dequotesdbs_dbs16.pdfusesText_22

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