Projet : concevoir une imprimante 3D
Source
C.Bellier, M.Nierenberger, Projet : Concevoir une imprimante 3D. INSA Strasbourg. eduscol.education.fr
Idées
Les motorisations utilisées sur les axes d'imprimantes 3D peuvent être de différents types, mais sont le plus souvent des moteurs pas à pas, ou des moteurs à courant continu.
Moteurs pas à pas
Un moteur pas à pas est un moteur électrique dont la rotation peut être commandée par des incréments angulaires successifs obtenus grâce à différentes bobines (voir schéma ci-contre). On peut le repérer par la présence de plusieurs conducteurs d'alimentation (au moins 4). La caractéristique constructeur principale d'un moteur pas à pas est le nombre de pas par tour du moteur.
Contrairement aux moteurs à courant continu, ils ne nécessitent pas obligatoirement de boucle d'asservissement, car on sait qu'une impulsion en entrée correspond normalement à un incrément angulaire de la position du rotor. Ils sont également plus simples à commander.
Néanmoins, si le couple demandé en sortie est trop important, il peut se produire un glissement angulaire entre le rotor et le stator (le champ magnétique généré par les bobines du stator n'est plus suffisant pour le maintien en position du rotor). Si le système fonctionne en boucle ouverte (pas d'asservissement), il n'est alors pas possible de détecter l'erreur angulaire générée, qui correspond alors à une erreur de positionnement de la tête d'impression dans le cadre de l'axe d'imprimante 3D. Ainsi, un moteur pas à pas devrait largement convenir pour notre utilisation (mouvement de caméra). Cependant, l’idée du moteur à courant continu peut être gardée en tête si l’on développe un module plus lourd à déplacer.
Ce moteur est complètement différent des moteurs que vous connaissez. De par sa constitution mais aussi par son fonctionnement. Ce moteur de base ne tourne pas, ce n'est donc pas un moteur au sens habituel. Son fonctionnement ressemble plus à un électroaimant rotatif. Une bobine excitée par un courant entrainera un changement d'angle de l'axe du moteur. En combinant l'excitation des enroulements, il pourra en revanche tourner dans un sens ou dans un autre. Suivant sa constitution interne et son nombre de bobines, il faudra faire un certain nombre de pas pour effectuer une révolution entière.
L'angle de pas du moteur pas à pas détermine le nombre de pas nécessaires pour effectuer un tour complet. L'angle de pas standard pour la plupart des moteurs pas à pas utilisés dans les imprimantes 3D est de 1,8 degré, ce qui donne 200 pas par tour.
L'usage le plus connu du grand public est dans les imprimantes classiques et imprimantes 3D, les scanners et les platines vinyle de DJ. Mais ils sont présents dans de nombreuses applications telles : les photocopieurs, imprimantes bancaires, robotique, instrumentation, pompes à perfusion, pousses-seringues, système de positionnement sur machine industrielle et machine outil.