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Réglage de la chauffe du fil de découpe
Dossier réalisé par Gérard Prat, Olivier Segouin, Laurent Chef, Gilles, Draen Anguelkov

Téléchargement du dossier complet (528ko)

Enfin, votre table de découpe est prête ! Elle fonctionne admirablement. A vous les projets de découpes les plus fous. Eh non ! Il reste encore un réglage important à réaliser : le réglage de la chauffe du fil et la mesure de son rayonnement calorifique dans la matière utilisée (polystyrène, styrofoam, autre...). Ces deux éléments sont primordiaux pour la précision future de vos découpes, mais rassurez-vous les méthodes et études développés par l’ensemble des membres de font de cette opération une véritable partie de plaisir ! C’est aussi un excellent moyen de prise en main de votre table de découpe et quel plaisir de la voir fonctionner.

Évaluation du rayonnement

Avant d’aller plus loin dans ces réglages il est un point important à retenir : la découpe, à l’aide de votre table, se fait par rayonnement calorifique, le fil de découpe n’est pas en contact avec la matière. Ceci par opposition à notre méthode classique de découpe, à l’aide de gabarits, qui se fait par contact (le fil de découpe est en contact à la fois avec les gabarits et la matière). C’est la chaleur rayonnée par le fil qui assure la fonte de la matière et sa découpe. Il faut donc perdre nos vieux réflexes de coupeur de polystyrène à l’aide de gabarits. Au début ceci pourrait être un peu déroutant.

C’est l’unique manière de découper, dans du polystyrène, une forme avec précision.

La découpe par rayonnement présente les avantages suivants :
- elle est reproductible pour une matière donnée,
- elle ne fait subir aucune contrainte mécanique, à la fois, à votre table et au fil de coupe,
- elle permet d’obtenir un état des découpes très flatteur.

Elle à aussi des inconvénients :
- il est nécessaire de régler impeccablement la chauffe du fil de découpe,
- pour des découpes précises, quelques tests sont à effectuer préalablement sur votre polystyrène.

Ces tests sont à faire, une fois pour toute, pour chaque qualité type de polystyrène à condition de garder la même longueur et diamètre du fil de découpe. Pour en connaître plus sur la découpe par rayonnement, nous vous conseillons la lecture des annexes 1 et 4.
Avec les éléments recueillis à partir des tests, le logiciel CNC (http://gm.cnc.free.fr/) développé par Gilles et Franck Bugnet, permet la compensation du rayonnement, la gestion de l’intensité de la chauffe et de la vitesse de découpe, de manière à obtenir des découpes précises.

A ce propos, il faut savoir qu’il y a deux manières d’utiliser votre table de découpe, à l’aide du logiciel CNC, qui dépendent du type d’électronique d’asservissement dont vous disposez et selon ses capacités de gestion de la température de chauffe :

- Découpe avec chauffe manuelle ou fixée par le PC, dans le cas ou votre électronique ne permet pas l’asservissement de ces paramètres. Vos découpes seront réalisées à une vitesse donnée fixée par l’utilisateur, avec une chauffe donnée, correspondant à la vitesse de coupe, fixée manuellement aussi. Pour chaque changement de vitesse de coupe, pour un même matériaux, il faudra effectuer le réglages de la chauffe idéale. L’estimation de la valeur du rayonnement étant faite une fois pour toutes à la température de chauffe idéale.

- Découpe asservie, si votre carte électronique permet cette fonction (BB2001Z_x, MM2001, Picachof à ce jour).

C’est le logiciel qui gère les paramètres vitesse de coupe et température de chauffe, il compense aussi le rayonnement. Pour cela il faut effectuer le réglage de la chauffe idéale à deux vitesses de coupe et la mesure du rayonnement. L’ensemble de ces données est saisi dans CNC menu <Paramètres de découpe> et concerne une matière donnée.

Comme vous pouvez le constater, à chaque fois nous associons chauffe et vitesse de coupe, car ces données sont indissociables pour une même matière : pour une vitesse donnée de coupe ne correspond qu’une seule bonne température de chauffe, et inversement pour une température de chauffe donnée ne peut correspondre qu’une vitesse de coupe. Pour ce qui concerne le rayonnement, celui ci est identique quelle que soit la vitesse de coupe à condition qu’elle se fasse à la température de chauffe idéale.

Nous vous proposons la méthodologie suivante :

1) Réglage de la chauffe idéale du fil à une vitesse donnée.
2) Et pour ceux qui souhaitent des découpes précises la mesure du rayonnement.

Avant d’aller plus loin dans ces réglages et mesures, nous supposons votre table bien configurée. Notamment pour ce qui concerne ses dimensions et les paramètres des axes X et Y, le temps maximum entre deux pas et la temporisation du timer. Ces éléments sont situés dans le menu configuration de CNC.

 

Réglage de la chauffe du fil

Cette opération consiste à régler la température de chauffe du fil à une vitesse donnée.

En clair, vous allez régler manuellement la chauffe du fil (la vitesse étant constante). Ce réglage est valable pour le polystyrène choisi.

A chaque changement de matériaux il devra être refait. D’où l’intérêt de choisir un fournisseur dont la qualité de produit ne présente pas de variation. De même, si vous changez la nature et ou le diamètre de votre fil de découpe, les réglages de chauffe et rayonnement seront également à refaire

Toutes ces opérations seront réalisées à l’aide de <Découpe Test> situé dans le menu <Découpe> du logiciel CNC.

- Prendre un bloc de polystyrène (environ 100mm x 1/2 largeur de votre table), dont les bords ne sont pas découpés au fil chaud (poly cassé sur le bord d’une table après avoir donne un coup de cutter) et qui ne présente pas de points de compression (pour ne pas avoir de points durs lors du passage du fil), et le poser sur la table de découpe sans mettre de poids dessus.

- Dans le menu <Découpe Test> :
- indiquer les dimensions de ce bloc en X plus une marge de quelques millimètres, ceci permettra au fil de découpe de bien sortir du bloc de polystyrène
- fixer l’épaisseur de chaque tranche. Attention, éviter de descendre en dessous de 8mm car le polystyrène se déforme sous l’effet de la chaleur et ceci risque d’entraîner des erreurs d’appréciation sur le choix de l’intensité de chauffe. Nous vous conseillons de laisser la valeur par défaut (10mm)
- fixer votre vitesse de découpe, la plus élevée possible,
- côcher la case "découpe par le haut".
- Mettre l’interface en position chauffe manuelle.
- Lancer la découpe sur CNC.
- Faites varier la chauffe manuellement.

La bonne température sera trouve quand le bloc est à la limite d’être entraîner par le fil de découpe mais cependant reste à sa position initiale.

Tout va bien ? Alors notez soigneusement la valeur de la chauffe, la vitesse de découpe et le nom du polystyrène utilisé. Maintenant il faudra refaire le réglage de la chauffe idéale pour une vitesse de découpe faible.

Une fois ces manipulations terminées vous êtes en possession des données suivantes :

- le nom du matériaux utilisé,
- vitesse de découpe,
- le pourcentage de chauffe à la vitesse donnée.

Ces données sont à saisir dans le logiciel CNC, menu <CNC>/<Paramètres de découpe>. Ceci vous permettra d’utiliser la chauffe asservie par le logiciel, si votre électronique le permet (BB2001Z_x, MM2001, Picachof à ce jour) : en fonction de la vitesse optimale de découpe, la chauffe idéale est fixée par le logiciel et transmise au fil de découpe.

 

Estimation du rayonnement du fil

Le rayonnement du fil dans la matière découpée est le diamètre virtuel de celui-ci, exprimé en millimètre, ou encore la largeur de la trace de celui-ci laissée dans la mousse. Maintenant que la température de chauffe idéale est trouvée, il ne suffit plus que de connaître cette valeur du rayonnement pour obtenir des découpes précises.

Pour ce faire nous vous proposons de simuler une découpe d’aile trapézoïdale dont la corde au saumon sera moitié moindre de celle de l’emplanture (corde saumon = corde emplanture / 2). Le profil d’aile sera un rectangle. Ce profil est disponible en téléchargement sur CNC@Net. Il suffira ensuite de mesurer la dimension des rectangles obtenus au saumon et à l’emplanture. De comparer cette dimension avec celle initialement saisie. La différence entre ces dimensions représente la valeur du rayonnement à la vitesse V pour l’emplanture et à la vitesse V/2 pour le saumon. Si la hauteur des rectangles obtenues est inférieure à la hauteur initiale du projet, il faudra augmenter la compensation du rayonnement et, au contraire, si la hauteur est supérieure il faudra la réduire.

La bonne compensation du rayonnement est trouvée lorsque les hauteurs des rectangles du projet sont égales à celles des découpes. Voyons ceci en détail.

 

Le projet décrit ci-dessous est disponible, à la fois, sur CNC@Net et avec le logiciel CNC depuis sa version 2.10

Dans le menu <Projet>/<Paramètres tronçon> fixer les valeurs suivantes (cf. schéma). Pour ce qui concerne la longueur essayer de faire cette découpe à la longueur maximale de votre table. Par exemple, la distance Xd-Xg de votre table est de 850mm, choisissez 800mm comme longueur de découpe. Assurez-vous aussi, d’une marge de matière entre le bloc de polystyrène et le noyau. Pour ceux qui souhaitent économiser la matière il est possible de n’utiliser du polystyrène qu’aux deux extrémités : dans ce cas là le positionnement de ces deux blocs devra être soigneusement effectué sur la table et ils devront être parfaitement parallèle entre eux.

Une fois le projet terminé, lancez la découpe sans avoir oublié de sélectionner le bon polystyrène.

Une fois la découpe finie vous êtes en possession soit de deux rectangles en mousse, soit d’un noyau trapézoïdal avec deux profils rectangulaires. Mesurez la hauteur de chaque rectangle. Et comparez là à celle du projet d’origine.

Apres découpe, les dimensions en hauteur sont celles attendues. Les compensations de rayonnement proposées, à V et V/2 par défaut, dans le logiciel sont justes (menu <CNC>/<Paramètres de découpe>). Il n'y a plus rien à faire votre configuration est bonne.

Une hauteur obtenue est inférieure a celle de votre projet. Il faudra donc augmenter la valeur de rayonnement par défaut correspondante, V ou V/2. Vous mesurez une hauteur de 39,7mm, au lieu de 40 mm du projet initial. La différence de hauteur étant de 0.3 mm (40 - 39.7 = 0.3 mm), la valeur de rayonnement, par défaut, étant de 0.8mm ; elle devrait prendre la valeur de 1.1 mm (0.8 + 0.3 = 1.1 mm) pour que votre prochaine découpe ait la bonne hauteur. Saisir cette valeur dans le menu <Paramètres de découpe> de CNC.

Une hauteur obtenue est supérieure à celle de votre projet. Il faudra donc diminuer la valeur de rayonnement par défaut. Vous mesurez une hauteur de 40.2mm au lieu de 40 mm du projet initial, La différence de hauteur étant de 0.2 mm

(40 - 40.2 = -0.2 mm), la valeur de rayonnement par défaut étant de 0.8mm ; elle devrait prendre la valeur de 0.6 mm (0.8 - 0.2 = 0.6 mm) pour que votre prochaine découpe ait la bonne hauteur. Saisir cette valeur dans le menu <Paramètres de découpe> de CNC.

D’une manière générale on peut dire que le rayonnement réel R = Rd + (Hp - Hm)

Avec Rd le rayonnement par défaut, Hp la hauteur du projet (corde du rectangle en mm x 50%), Hm la hauteur mesurée.

Cette valeur R se décline en deux valeurs, en fonction de la vitesse de coupe V (Hm à l’emplanture) et V/2 (Hm au saumon). Ces deux valeurs sont à saisir dans le menu <Paramètres de découpe> et concernent le polystyrène utilisé.

Pour chaque nouveau type de mousse expansé utilisé il faut faire cette évaluation du rayonnement, de même si le diamètre du fil de coupe est changé.

Evitez de comprimer le polystyrène lors de mesures. Le mieux est d’utiliser un pied à coulisse et d’intercaler le bloc à mesurer entre deux petites plaques de contre plaqué, d’époxy ou autres, à l’épaisseur connue.

 

En effectuant le réglage de la chauffe idéale et en réalisant l’évaluation du rayonnement, tels que décrit dans ce dossier, votre logiciel CNC est prêt pour la réalisation de découpes précises et ce, sans difficultés pour vous.

Bonnes découpes !

 

Comportement du fil de découpe dans le polystyrène

Observons la chauffe du fil de découpe, immobile, dans un bloc de polystyrène :


Un trou bien rond va se former autour du fil


Ensuite ce trou va se déformer en s'élargissant vers le haut et s'agrandir jusqu'a stabilisation

Par curiosité si nous fendons ce bloc, en deux, nous constaterons que le diamètre du trou est plus grand à l’intérieur du bloc, ce dernier se resserrant sur les bords. Nous pouvons aussi constaté que le fil chaud à surtout fondu le polystyrène au-dessus de lui.

Cette manipulation, nous permet de dire que la température du fil est plus élevée à l’intérieur du bloc qu’à ces bords. Le polystyrène est un isolant, il emmagasine la chaleur du fil. Ce dernier est plus chaud à l’intérieur du polystyrène que sur ces parties à l’air libre. La fonte plus importante du polystyrène au-dessus du fil est due à l’accumulation de la chaleur (l’air chaud monte)

Le même phénomène se retrouve lors de découpe, à la main avec des gabarits. Ce ne sont pas, seuls les gabarits, qui refroidissaient le fil.

Lors de cette manipulation, nous pouvons considéré que si la trace laissée par le fil, dans la mousse, est bien ronde, c’est que nous sommes à la température de chauffe idéale.

Corollaire pour la découpe d’ailes.

 

Chauffe fixe et chauffe asservie

Chauffe fixe
Nous parlons de chauffe fixe, lorsque la température du fil de découpe est ajustée manuellement depuis l'interface ou lorsque qu'elle est générée par le PC de manière non asservie. La chauffe fixe est utilisée avec un polystyrène que nous ne connaissons pas et qui servira de manière ponctuelle. Ce mode permet de passer moins de temps à l’évaluation de la chauffe idéale, puisse que nous l'évaluons pour une seule vitesse. Avant de commencer cette évaluation vous devez éditer votre projet de découpe pour connaître la vitesse de coupe maximale imposée par CNC. C'est à cette vitesse que vous devrez évaluer la chauffe idéale. Le plus pratique est de saisir vitesse et chauffe dans le menu <Paramètres de découpe>. Attention dans ce cas ne pas cocher "chauffe asservie". Si le projet de découpe ne comporte pas plusieurs tronçons (trapèzes) qui doivent se raccorder à la perfection, vous pouvez vous contenter des valeurs de compensation du rayonnement, V et V/2, réaliste, données par défaut par CNC. Si n'est pas le cas, vous devez déterminer le rayonnement.

Chauffe asservie
Dans ce mode de découpe l'utilisateur ne s'occupe plus de régler la vitesse de coupe et la chauffe, c'est le programme CNC, qui s'en charge. Il se charge aussi de compenser efficacement le rayonnement du fil de découpe, si vous avez pris le temps de déterminer ce dernier.

Pour paramétrer correctement la chauffe asservie dans le menu <Paramètres de découpe> vous devez déterminer la chauffe idéale à deux vitesses très différentes. Une vitesse proche ou égale à la vitesse maximale de vos chariots (celle indiquée dans le menu <Configuration>) que vous saisirez dans le champ "vitesse max" avec la chauffe idéale correspondante et une vitesse lente que vous saisirez dans le champ "vitesse min". Plus l'écart des vitesses en question sera grand, meilleure sera la précision et la qualité des découpes. Le paramétrage de la chauffe asservie est plus long à effectuer mais une fois celui-ci réalisé, il sera utilisable sans aucune autre intervention de l'utilisateur pour cette matière et dans toute la gamme de vitesse et chauffe de votre ensemble de découpe. Il en sera de même si vous décidez de déterminer la compensation du rayonnement. Ensuite, ces informations sont sauvegardées dans la base de données de CNC et le logiciel gère automatiquement vitesse, chauffe et rayonnement.

Comment cela est-il possible ?
Des études et des expériences montrent que, pour une même matière à différentes vitesses de coupe :
- la chauffe idéale du fil de découpe est directement proportionnelle à la vitesse de coupe
- le rayonnement du fil de découpe ne change pas quelle que soit la vitesse de découpe, à condition quelle soit effectuée à la température de chauffe idéale.

Ces découvertes expérimentales ont permis d'asservir la chauffe par le logiciel CNC. Elles permettent aussi de simplifier la vie aux utilisateurs de la chauffe fixe : au lieu de faire des réglages de chauffe idéale systématiques à toutes les vitesses, nous pouvons les faire à la vitesse mini et maxi de notre table et tracer une droite entre ces deux points pour connaître les autres valeurs de chauffe. Pour cela, il faudra disposer d'une interface électronique qui gère la chauffe, à ce jour MM2001, Picachof et certaines BB2001.

 

Des découpes , belles et précises

Le polystyrène extrudée permet de belles découpes. Sa structure est plus homogène, l'état de surface des découpes obtenues est très flatteur. Seuls inconvénients, il est lourd et nerveux !

Le polystyrène expansé (blanc) plus léger que le polystyrène extrudé, pour de bonnes découpes doit être sans impureté, de structure homogène et sans humidité.

Le diamètre du fil de découpe doit être le plus faible possible, entre 0.2 et 0.3 mm.

Avant chaque découpe nettoyer votre fil avec un chiffon ou du papier.

Pour une meilleure précision de la découpe d'un profil, commencer la découpe par l'extrados, préférez une découpe ouverte.

Les découpes d'ailes trapézoïdale avec un grand effilement, (rapport des cordes d'emplanture et d'extrémité ) ne donnent pas de bon résultats du coté le plus petit (saumon). Pour une découpe d'un rapport 1 sur 2 (par exemple, emplanture 200 et extrémité 100 mm) le profil sera très déformé voir même inutilisable, suivant son épaisseur, du coté de l'extrémité de l'aile. Ceci est du au rayonnement du fil, plus important du coté ou le fil avance le moins vite. Les vitesses de déplacement du fil étant du simple double entre emplanture et saumon dans notre exemple. Le programme CNC, base sa vitesse de découpe sur du coté du plus grand du trapèze (emplanture). Dans le cas d'une découpe à grand effilement vous avez intérêt a utiliser "coupe intermédiaire" du menu <Découpe tronçon>. Avec l'exemple précèdent, chaque trapèze d'aile sera découpé en 2 fois. Exemple : trapèze N°1 emplanture 200 et saumon 150 mm, trapèze N°2 emplanture 150 et saumon 100 mm, pour un trapèze d'aile partagé en deux longueur égale. Le rapport des cordes et des vitesses passe de 2 à 1.5, la découpe ce fait correctement. Ceci peut aussi être réalisé en créant votre projet avec des tronçons multiples (à partir de la version 2.08 du logiciel CNC).

Lors de découpe trapézoïdale le fil chaud glisse dans ses supports de maintien et d'entraînement. Celui-ci doit pouvoir glisser facilement dans chaque support pour éviter que le fil donne des à-coups et vibre (état de surface de la découpe) Pour qu'il puisse glisser facilement l'angle formé par le fil et le bras de l'axe et son support doit être le plus faible possible. D'où l'intérêt de construire un arc léger. Le Vé d'entraînement doit former un angle d'ouverture d'au moins 90°. Laisser pendre l'arc au-dessous de la table est la méthode la plus saine.

Consultez la partie "arc de découpe" du dossier sur la Rustica.

Votre table de découpe doit présenter le moins de jeu possible. Cependant si lors des découpes d'évaluation du rayonnement les rectangles obtenus ne sont pas parfaitement rectangulaires, partie inférieure (intrados) plus petite que la partie supérieure (extrados), cela est du au jeu entre l'écrou et la tige filetée d'entraînement du chariot des X.

Mesurez et calculez cette différence de longueur. Ensuite dans le menu <Configuration> connaissant le nombre de pas par tour de votre moteur et le pas de votre vis mère, calculez le nombre de pas perdu correspondant et renseignez avec le champ "Pas perdu/Inversion de sens", lors de la prochaine découpe, votre bloc sera parfait en dimensions et géométrie.

Avec la participation de Email List Decoupe CNC 

 

 


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