Éval. Formative 5 Imprimante 3D : Analyse fonctionnelle et cinématique (partie 1)
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Classe et groupe
Objectifs pédagogiques
A - Analyser
A1. Analyser le besoin
Décrire le besoin

A2. Analyser le système
Identifier la matière d’œuvre et la valeur ajoutée
Identifier et décrire la chaîne d’énergie du système
Identifier les composants réalisant la fonction Transmettre

B - Modéliser
B1. Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système
Choisir les grandeurs et les paramètres influents en vue de les modéliser.
Qualifier les grandeurs d’entrée et de sortie d’un système isolé
Décrire les lois d’évolution des grandeurs
Liaisons : Construire un modèle et le représenter à l’aide de schémas
Préciser les paramètres géométriques

B3. Résoudre et simuler
- Simuler le fonctionnement de tout ou partie d’un système à l’aide d’un modèle fourni.

B4. Valider un modèle
- Interpréter les résultats obtenus.
- Modifier les paramètres du modèle pour répondre au cahier des charges ou aux résultats expérimentaux.
Ressources documentaires
1) Documents de cours
- Cinématique : https://drive.google.com/open?id=0B-rRjoDMbM0iWi1ocTVZaF9oWkU
- Liaisons cinématiques avec CoSpaces : https://cospac.es/edu/cWqs
3) Images
- Bloc extrudeur
- Axe X
- Axe Y
- Axe Z
4) Vidéos
- Vidéo 1 (3min02) de présentation de l'Hephestos 2 par un revendeur : https://youtu.be/9YBSOu0nZ48
5) Simulations
- Simulation de l'Hephestos 2 avec CoSpaces : https://cospac.es/edu/3eju
Question 1
L'impression 3D s'est développée avec la culture du "Do It Yourself" (DIY) et la culture Maker avant d'être utilisée par les entreprises industrielles.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Do_it_yourself
https://fr.wikipedia.org/wiki/Culture_maker
Décrire de manière synthétique le besoin auquel correspond la culture du "Do It Yourself" (DIY) et la culture Maker.
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Question 2
Les industriels voient aujourd'hui un intérêt à l'impression 3D. Il s'agit d'un procédé de fabrication additive très différent des procédés de fabrication soustractives tel que l'usinage.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Impression_3D#FDM_.28Fused_Deposition_Modeling.29
Décrire de manière synthétique le procédé d'impression 3D avec la technologie FDM utilisée par la plupart des imprimantes 3D grand public. Expliquer en quoi c'est un procédé de fabrication additive.
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Question 3
Décrire le principal besoin pour les industriels auquel correspond l'impression 3D par rapport aux procédés de fabrication plus traditionnels tels que l'usinage.
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Question 4
La plupart des imprimantes 3D grand public imprime avec du PLA.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_polylactique
Donner brièvement quelques caractéristiques importantes du PLA utilisé pour l'impression 3D.
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Question 5
On considère une bobine de filament de PLA de diamètre 1,75 mm. Elle contient 750 g de PLA dont la densité est de 1,24 g/cm3.
https://www.gotronic.fr/art-fil-pla-1-75-mm-rose-pour-k8400-25242.htm
https://fr.wikipedia.org/wiki/Cylindre_de_r%C3%A9volution
Calculer la longueur Lb du filament en PLA contenu dans cette bobine de 750 g. En déduire la longueur L du filament que consommera l'imprimante 3D pour imprimer une pièce de 20 g.
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Question 6
On considère maintenant l'imprimante 3D Hephestos 2 du fabriquant BQ (Espagne).
- Vidéo 1 (3min02) de présentation de l'Hephestos 2 par un revendeur : https://youtu.be/9YBSOu0nZ48
- Simulation avec CoSpaces : https://cospac.es/edu/3eju

L'imprimante 3D Hephestos 2 est constituée des principaux sous-ensembles suivants :

. Un bloc extrudeur qui est alimenté par le filament de PLA (1,75 mm), qui est fondu et extrudé à travers une buse de 0,4 mm : https://drive.google.com/open?id=1vu3_AvlkH1SSyVkl-O_E3MflcoQQCuY9

. Un portique permettant un guidage en translation de l'extrudeur selon l'axe X :
https://drive.google.com/open?id=1Gs03sCEW-e3kg3XdU9Tf6gu-fxa4IwC7

. Un plateau sur lequel est imprimé la pièce, qui se déplace en translation selon l'axe Y :
https://drive.google.com/open?id=1r9mxi9WWsQaRcaysyOSYLXutuzbDJNaB

. Un axe Z permettant une translation verticale du portique de l'axe X :
https://drive.google.com/open?id=1XqbAAQ0jF9FB6fO11knryhHcdX2xTUmF

L'extrudeur peut ainsi ce déplacer en translation selon les 3 axes X, Y et Z :
Axe X = déplacements de gauche à droite (horizontalement)
Axe Y = déplacements d'arrière en avant (horizontalement)
Axe Z = déplacements de bas en haut (verticalement)
De plus le filament en PLA se déplace verticalement pour alimenter l'extrudeur (et sortir par la buse).

Lister les moteurs en donnant clairement leur fonction, vue de l'utilisateur.
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Mécanisme du bloc extrudeur (mécanisme non visible sur les autres documents). Le moteur est à gauche et le filament de PLA est représenté en rouge ici. L'extrudeur et la buse d'extrusion ne sont pas représentés ici.
Expliquer brièvement comment fonctionne le mécanisme entraîné par le moteur du bloc extrudeur (modélisé en 3D ci-dessus). Préciser le rôle de ce mécanisme, vu de l'utilisateur.
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Question 8
Décrire la solution technique permettant la transmission du mouvement de l'axe moteur de l'axe X jusqu'au bloc de l'extrudeur.
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Question 9
- Documents de cours sur la Cinématique : https://drive.google.com/open?id=0B-rRjoDMbM0iWi1ocTVZaF9oWkU
- Liaisons cinématiques avec CoSpaces : https://cospac.es/edu/cWqs
Arrière de l'axe X (l'extrudeur sera fixé sur le chariot).
Donner le nom de la liaison cinématique entre le bloc extrudeur et l'axe X.
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Question 10
Poulie permettant le retour de la courroie pour l'axe X.
Donner le nom de la liaison cinématique entre la poulie de retour de l'axe X (au bout de l'axe côté droit) et l'axe X.
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