Fabrication en CNC

De nombreux labos de techno disposent d'une CNC Charly Robot 4U.

Ce document propose des éléments et conseils pour la fabrication de pièces de code à l'aide d'une fraiseuse à commande numérique.

Pas de tutoriel détaillé

La CNC (Computer Numerical Control) est une technologie un peu plus complexe que les autres, dont l'opération diffère d'un équipement à l'autre (selon les fraises disponibles), qui nécessite des phases d'essais et de calibrages avant de démarrer, et des manipulations en cours de fabrication comme des changements d'outils, la fixation de la pièce…

Côté avantages, la CNC va permettre de produire des pièces de haute qualité, avec une belle finition de surface, et à partir d'une grande variété de matières, neuves ou de récupération.

D'une façon générale, ce n'est donc pas la technologie idéale pour constituer un kit Code en Bois, mais à des fins d'apprentissage cela peut être un projet intéressant tout de même, ainsi que pour certaines fabrications très spécifiques, comme des pièces pour les non-voyants ou des moules pour d'autres technologies.

Introduction

Ces machines fonctionnent par évidement de matière à partir d'un « brut », qui est le terme désignant le bloc de matière de départ.

À la différence d'une imprimante 3D, où c'est le même logiciel qui va automatiquement préparer le tracé d'impression optimal et ensuite piloter la machine, pour la CNC on aura besoin de 2 logiciels différents ; l'utilisateur va devoir utiliser son expérience pour déterminer les meilleurs réglages, l'ordre des opérations et les changements d'outils, puis transmettre ces instructions au logiciel de pilotage (généralement installé sur un vieux PC à côté de la machine !).

Un usinage d'une pièce de 6 mm d'épaisseur peut se faire en 2 passes sur du bois tendre.

Plusieurs paramètres vont influencer la façon dont on va préparer la découpe de la pièce : la taille du plateau, la technique de maintien du brut, les outils disponibles et la puissance de la machine.

Étape 1. Création du design de la pièce

La création en CAO du design de la pièce ne diffère pas vraiment de la façon de faire avec les autres technologies. On peut utiliser n'importe quel logiciel sur le marché (voir notre tutoriel sur la création de pièces en 3D).

Si vous voulez récupérer des fichiers de briques Code en Bois vous pouvez utiliser ceux pour l'impression 3D (textes soit en relief, soit en creux), disponibles dans le dépôt Ressources.

Parfois, on devra revenir en CAO pour modifier la pièce car on se rendra compte que certaines formes ou polices d'écriture ne peuvent pas être fabriquées convenablement.

Étape 2. Programmation CNC

Une fois la pièce créée, on va devoir attaquer la phase de FAO (fabrication assistée par ordinateur) qui consiste à programmer les trajectoires d'usinage et leurs réglages. Cette phase peut se faire sur un logiciel à part, ou parfois directement sur le logiciel de CAO (ex : FreeCAD, Fusion360). Parfois le logiciel de pilotage peut également faire la programmation (Charly Graal).

Logiciels	Conception	Programmation FAO	Pilotage / exécution du G-code
TinkerCAD	✓
OnShape	✓
FreeCAD	✓	✓
Fusion360	✓	✓
Charly Graal		✓	✓
Gpilote			✓
LinuxCNC			✓

En général, on va utiliser les préréglages par défaut de chaque outil si on n'est pas expert.

Dans Fusion, on programme 4 passes d'usinage, on peut également voir la simulation des mouvements de l'outil ce qui est très utile.

On va choisir une « post production » Charly Robot (qui n'est pas nativement proposée dans Fusion, donc il faut la rajouter).

Étape 3. Usinage

Une fois le G-code généré (ce sont les instructions de déplacement de la tête), on le transfère sur le logiciel de pilotage.

Exemple de logiciel GPILOTE.

À propos des Charly Robot

Les Charly Robot sont des machines assez anciennes, dont les logiciels de pilotage natifs (Charly Graal ou Gpilote) ne sont plus vraiment maintenus par le fabricant. Des versions open source existent (OpenBuilds Control).

Les étapes du démarrage : prise d'origine machine → mesure d'outil → définir l'origine de la pièce.

Conseils

Après plusieurs tests, la méthode qui nous semblerait la plus pertinente est :

• Travailler sur une plaque de bois entière, déjà peinte (type contreplaqué tendre ou médium).
• Poser la plaque sur une autre plaque en bois (dite « martyr » car elle sera sacrifiée pour éviter d'abîmer le plateau) de 3 mm d'épaisseur, et vissage ou collage des deux plaques ensemble (vissage à plusieurs endroits qui ne seront pas usinés, ou scotch double face peut être suffisant). La plaque martyr permet d'usiner sur toute la hauteur de la pièce en débordant un peu, et ainsi d'éviter de devoir la retourner.
• Placer plusieurs pièces à la fois sur le plateau, et les maintenir par des « tabs » (des petites accroches laissées sur le brut pour éviter que les pièces soient libres).
• Première phase d'usinage en 2 passes, avec une fraise plate moyenne de 3 mm, avec une bonne avance.
• Changement d'outil après usinage, pour réaliser la gravure des textes et logos avec une fraise plus petite (1,5 ou 2 mm).

Durée estimée

Il faut s'attendre à ce que la durée du travail soit de 10 à 20 minutes par pièce unique, donc entre 3 et 6 heures pour un kit complet.