Outil de bras de robot de coupe à fil chaud : 8 étapes (avec photos)

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-23 14:46

Dans le cadre de mon projet de thèse au KADK à Copenhague, j'ai exploré la découpe au fil chaud et la fabrication robotique. Pour tester cette méthode de fabrication, j'ai réalisé une fixation à fil chaud pour le bras du robot. Le fil devait s'étendre sur 700 mm, mais le matériau devait résister à la force de tirer le fil à travers la mousse et être suffisamment léger pour la charge utile maximale de 10 kg du robot. L'aluminium a été choisi en raison de son rapport résistance/poids élevé. L'outil ne pèse que 2,5 kg et est conçu pour être modulaire de sorte que si une largeur ou une longueur plus grande ou plus petite est requise plus tard, les pièces peuvent être échangées en dévissant les écrous et les boulons qui le maintiennent ensemble.

Étape 1: Matériaux

Matériaux

- Tube carré en aluminium 30x30mm, longueur 2 mètres

- Plaque en aluminium 2mm, 100x300mm

- Contreplaqué 5mm, 50x150mm

- 2 boulons de 10 mm (pour la zone de fixation au bras du robot)

- 10 boulons de 4 mm (pour les renforts d'angle)

- 1 boulon de 4 mm (pour fixer l'écrou papillon qui fixe le fil)

- Boulon à oeil (pour fixer le ressort qui fixe le fil chaud)

- Écrous dimensionnés pour correspondre aux boulons

- Écrou papillon (pour fixer le fil chaud)

- Rondelles dimensionnées pour correspondre aux boulons

- Printemps

- Câble électrique en cuivre isolé, longueur 5 mètres

- Alimentation 0-30V DC / 0-16A (ou similaire)

- Changeur d'outils manuel 'Schunk' (ou autre changeur d'outils robotisé)

Outils:

- Bras robotique multi-axes (ABB, KUKA, etc.) avec une charge utile maximale supérieure à 2,5 kg

- Cisaille à métaux ou scie à ruban

- Perceuse à colonne (une perceuse électrique pourrait également fonctionner) avec une variété de forets de 2 mm à 10 mm

- Scie circulaire adaptée à la coupe du métal

modèle 3D:

- Vous pouvez trouver un téléchargement pour un modèle de fichier.3dm de la conception ci-dessous, cela peut être ouvert dans Rhino 3D ou AutoCAD

Étape 2: Couper

Le tube en aluminium doit être dimensionné pour correspondre aux mesures ci-dessus, ou vous pouvez le personnaliser à vos propres fins. Le tube peut être coupé avec une scie circulaire adaptée au métal, je recommande d'utiliser une lame à pointe de carbure. Pour faciliter la coupe, vous pouvez lubrifier votre aluminium à l'aide d'éthanol. Pour créer vos renforts d'angle, vous pouvez découper cette forme dans votre plaque d'aluminium à l'aide d'une cisaille à métaux ou d'une scie à ruban adaptée au métal.

Étape 3: perçage

Afin de trouver les emplacements des trous à percer, vous pouvez visualiser la photo d'assemblage, les emplacements de vos trous et la taille spécifique des tubes peuvent varier selon votre utilisation. Vous pouvez utiliser une perceuse à colonne ou une perceuse électrique ordinaire. Je mesurerais et marquerais d'abord l'emplacement du trou avec un crayon. Ensuite, je vous conseillerais de faire une "fossette" à l'aide d'un poinçon central et d'un marteau pour faire un petit renfoncement afin de guider le foret au bon endroit pendant le perçage. Vous devriez également envisager d'utiliser un lubrifiant comme l'éthanol pour faciliter la coupe.

Étape 4: Assemblage

L'emplacement de vos trous et la taille spécifique des pièces peuvent varier, mais l'important est d'avoir au moins deux boulons à travers chaque morceau de tube en aluminium au niveau des renforts d'angle et des deux morceaux de tube qui se connectent au bras du robot. Je recommanderais d'utiliser des rondelles pour augmenter la répartition de la force de manière plus égale, ce qui rendra votre outil plus robuste, réduira également les tolérances et augmentera la précision de l'usinage.

Il est important d'isoler le fil chaud de la structure de l'outil afin que vous puissiez utiliser la séquence de pièces illustrée ci-dessus pour le faire. Ma méthode consistait à découper au laser des bouchons en contreplaqué, mais vous pouvez également utiliser des bouchons de liège d'une bouteille de vin ou de tout autre matériau non conducteur ayant un effet similaire. Les bouchons abritent un boulon à œil avec un ressort à une extrémité et un écrou à oreilles à l'autre, ceux-ci sont utilisés pour fixer le fil chaud en place. Lorsque vous utilisez un coupe-fil chaud, le fil se dilate, il est donc important d'avoir un ressort pour serrer le fil lâche. Les câbles d'alimentation du fil chaud peuvent être soigneusement logés à l'intérieur du tube en aluminium, alors assurez-vous de les pousser à travers avant de boulonner l'outil ensemble.

Étape 5: Tester

Pour le fil, j'ai utilisé du fil nichrome de 0,25 mm en raison de sa haute résistivité, vous pouvez essayer d'autres fils comme l'acier inoxydable ou le constantan. Pour tester votre coupe-fil chaud, vous devez attacher vos câbles à votre alimentation, l'allumer et augmenter lentement la tension. Vous devriez pouvoir sentir le fil chauffer, quand il semble assez chaud, vous pouvez utiliser un morceau de mousse pour voir s'il coupe à travers. Si c'est le cas, bravo ! Sinon, essayez d'ajuster les paramètres de votre alimentation ou envisagez d'essayer un fil différent.

Étape 6: Parcours d'outil

Le bras robotique ABB 1600 a été programmé dans Rhino avec Grasshopper à l'aide du plug-in 'Robots' de Vicente Soler. Le plug-in vous permet de créer des parcours d'outils qui peuvent être chargés sur le matériel du robot. Le script créé prend 2 courbes et divise les points le long de la courbe et trace des lignes entre ces points. Les lignes intermédiaires sont les zones où le fil chaud passera, des divisions plus élevées en points sur les courbes créeront une plus grande fidélité de la surface.

Étape 7: Usinage

Une fois le parcours d'outil exporté depuis Grasshopper, nous pouvons le télécharger sur le bras du robot à l'aide de RobotStudio d'ABB (cela sera différent si vous utilisez une marque de bras de robot différente). Lors de la programmation du parcours d'outil, il a été constaté que les mouvements d'entrée et de sortie dans et hors de la mousse doivent être perpendiculaires à la surface afin de créer une coupe uniforme. Il a également été constaté qu'une vitesse de coupe de 12 mm par seconde avec 30 volts alimentant la température du fil créerait une coupe lisse et cohérente, mais cette combinaison de vitesse et de température de fil serait atténuée pour différentes tailles de matériau.

Étape 8: Moulage (facultatif)

Il existe de nombreuses utilisations de cet outil, mais pour les besoins de mes études, j'ai utilisé les morceaux de mousse comme moules, voici donc une idée de l'utilisation que vous pourriez en faire de cet outil. Le morceau de mousse a été utilisé comme moule pour créer un panneau de gypse. Ce morceau de mousse a été lié avec du MDF et des pinces en G, puis du gypse a été versé dans le moule et laissé à sécher. Le panneau est ensuite démoulé et peut être soit laissé à sécher, soit mis au four pour sécher plus rapidement. Le panneau peut être peint, traité ou laissé tel quel.