Benes applique les principes du prototypage rapide au développement d’une table d’alimentation d’imprimante

En collaboration avec l’équipe du projet Mécatronique 4.0, Benes a su tirer parti du prototypage rapide (PR) pour développer une table d’alimentation d’imprimante de haute précision, ainsi que le logiciel correspondant. Les techniques qui relèvent du prototypage rapide (PR) permettent de parvenir de manière rapide, bon marché et efficace au prototype d’un produit qui répond déjà fortement aux cahier des charges. Par la suite, le passage à un produit industriel à part entière ne demande qu’un effort limité.

Sirris et Flanders Make ont utilisé le PR pour développer une table d’alimentation compatible avec un système d’impression existant. Ils ont réalisé le développement à la demande de Benes, une PME de Haasrode qui distribue des systèmes et des accessoires d’impression.

Le problème de la configuration existante était qu’elle convenait uniquement pour l’impression de matériaux légers comme le papier, le textile et le film plastique. Une extension pouvait offrir la possibilité d’imprimer des matériaux plus lourds, comme des panneaux plats (jusqu’à 40 kg).

Le prototypage rapide permet de tester et d’optimiser des concepts en un temps réduit et à moindre coût. Sirris et Flanders Make ont suivi une approche systématique pour générer et optimaliser des concepts en partant des spécifications de conception. Ils ont utilisé l’impression 3D (frittage de polyamide dans ce cas-ci) pour construire le prototype. Ils ont aussi conçu l’électronique de commande de la table d’alimentation à partir de la plateforme matérielle open-source dsPIC avec génération automatique du code dans un environnement Matlab/Simulink. Le prototype réalisé constituait une extension importante des fonctionnalités du système initial, et cela sans nécessiter un gros budget. 

Brainstorming et sélection des concepts

Les exigences du système étaient les suivantes :

  • Compatibilité avec le système d’impression actuel.
  • Positionnement rapide avec une précision de 20 µm, sans sur-ajustement.
  • Un degré de liberté 1D de rotation dans le plan du panneau pour prévenir les bourrages.
  • Manipulation de panneaux jusqu’à 40 kg.

Le système d’impression initial disposait d’un entraînement interne par rouleaux. Pour répondre aux nouvelles exigences, on a opté pour un entraînement externe avec une vis sans fin, mieux adaptée. Cette solution est plus coûteuse qu’une courroie d’entraînement, mais la rigidité élevée de la vis la rend plus fiable. La vis sans fin (voir la figure ci-dessous) est entraînée par un moteur pas à pas à micropas piloté avec précision par un contrôleur à boucle ouverte.

Représentation schématique de l’imprimante, de la table d’alimentation et de l’entraînement de la vis sans fin par un moteur électrique (source : Flanders Make)

Le degré de liberté en rotation est réalisé par une liaison mécanique à douille entre la vis sans fin et le panneau (voir la figure ci-dessous). Sirris a utilisé une technologie d’impression 3D pour intégrer cette douille.

Représentation d’une table d’alimentation d’imprimante avec un degré de liberté de rotation apporté par une douille entre le panneau et la vis sans fin (source : Flanders Make)

Conception et mise en œuvre du logiciel

Le logiciel comprend notamment un planning de parcours et une commande du moteur, mais aussi le traitement des commandes de l’opérateur, la commande de l’écran et la communication avec l’imprimante.

Flanders Make a conçu l’algorithme de régulation dans un environnement Matlab-Simulink, ce qui permet une conversion directe vers la plateforme matérielle dsPIC et la génération automatique du code. La plateforme dsPIC constitue une alternative aux plateformes haut de gamme telles que dSpace (voir la figure ci-dessous).

Les plateformes haut de gamme présentent les avantages suivants : souplesse d’utilisation, précision (conversion 16 bits A/D), puissance de calcul et mémoire importante. Mais elles sont coûteuses à l’achat et la traduction du code logiciel est plus compliquée. Ici, comme le matériel de développement est similaire au matériel final utilisé, la plateforme dsPIC constitue un bon environnement d’évaluation.

Meilleure intégration du cycle de conception grâce à la génération automatique du code avec la plateforme dsPIC, qui correspond mieux au produit final et ne demande pas une grande puissance de calcul (source : Flanders Make, Sirris)

La plateforme dsPIC est constituée d’un processeur bon marché (dsPIC33F) de Microchip et comporte un large éventail de possibilités I/O. Le processeur peut aussi être intégré au produit final, ce qui permet une évaluation correcte des performances du prototype.

La génération automatique du code avec la plateforme dsPIC offre ainsi un double avantage. D’une part, elle se traduit par une évaluation rapide des algorithmes, car aucune intégration manuelle de code n’est nécessaire. D’autre part, elle permet d’évaluer l’algorithme de régulation avant de passer à la validation expérimentale.

Dans le cadre du projet Mécatronique 4.0, l’équipe du projet poursuivra le développement de la plateforme et évaluera également d'autres hardwares pour le prototypage rapide du contrôleur.

Validation du concept

Le concept peut être vu dans la vidéo ci-dessous :

 

Contact Flanders Make: Maarten Witters, maarten.witters@flandersmake.be, +32 498 91 94 40