Le fil à couper le b… polystyrène

Si le balsa et autres bois restent les matériaux nobles traditionnels du modélisme, il n’est pas pour autant sacrilège de s’intéresser à d’autres produits aux propriétés intéressantes. Les mousses isolantes de polystyrène expansé ou extrudé le sont à plus d’un titre :

• légères
• peu onéreuses
• assez faciles à travailler, si on a les bons outils (mais c’est l’objet de ce topo)
• faciles à assembler, se collent bien entre elles et avec les bois ou les composites

Elles ont aussi les défauts de leurs qualités :

• état de surface moyen, facilement marquées, conviennent mieux aux modèles de finition sommaire, bien qu’il y ait de très belles réalisations.
• spongieuses et chimiquement vulnérables, elles sont plus adaptées aux motorisations électriques que thermiques.
• qualités mécaniques médiocres, les petites sections sont à bannir, il faut faire massif, renforcer par du marouflage, des coffrages, des résines.

Avantages de la construction en mousse :

• Intérêt pédagogique : préfabrication poussée mais laissant place à une phase d’assemblage, suffisamment rapide pour ne pas être décourageante.
• Intérêt financier : un modèle de 15 à 20 dm² revient à peine à une dizaine d’euro (sans l’équipement radio, bien sûr), qui dit mieux ?
• Résistance aux crashes : plie mais ne rompt pas. Pilote lambda, j’ai réussi quelques poireaux anthologiques d’où le modèle est sorti un peu cabosser, alors qu’un modèle balsa aurait fait des allumettes.
• Anti-stress : pour les raisons ci-dessus, on pilote plus décontracté, surtout un novice. En cas de crash sévère, on ne pleure pas trop amèrement le gros chèque du « ready-to-crash » ou les dizaines d’heures de travail de construction. Vu le prix, rien n’empêche de construire plusieurs cellules d’avance. Quelques heures pour transférer le matériel radio, refaire les réglages et hop ! c’est reparti dès le lendemain.

Quelques réalisations

Un park flyer silhouette (Hawker Typhoon décrit dans RC Pilot n°45) et un indoor, deux créations de Christophe Lauverjat.

Sur le même principe que le Typhoon, un Curtiss H75 « silhouette »
 Noyau de fuselage en expansé, flancs & empennages en Depron 3 mm
 ailes en extrudé

 le même terminé
 

 Un petit multi

Un modèle de début 3 axes

Production en série (40 d’un coup !) de petits modèles en Depron, idéaux pour animer fêtes et kermesses.

Les matériaux

• Le polystyrène expansé (celui qui fait plein des petits grains). Le plus léger mais état de surface médiocre. On le réservera à des noyaux destinés à être recouverts ou coffrés.
• Le polystyrène extrudé (ou styrofoam). Grain fin pouvant donner un assez bel état de surface. Existe en différentes couleurs selon le fournisseur.
• Le polystyrène extrudé en feuilles vendu sous la marque DEPRON. Existe en 3 ou 6 mm d’épaisseur, de couleur blanche et d’un bel état de surface.
• L’EPP, la fameuse mousse in-des-truc-tible. En farfouillant sur Internet, on trouvera peut-être des vidéos démontrant les propriétés de cet étonnant matériau : on le plie, le chiffonne, le piétine, on fait des nœuds et autres outrages. Pouf, on relâche tout, il reprend sa forme… Plus onéreux et plus rare.

Vous voulez en savoir plus ? Allez, suivez le guide !

Les méthodes de travail

La sculpture.

On fait des gabarits de contour puis on taille dans la masse à la machette, au cutter, à la râpe, à la mini perceuse puis au papier de verre de plus en plus fin. Difficile et bonjour la poussière. Du travail d’artiste, nécessitant bon coup d’œil et coup de patte, un coup de trop est irréversible ! Les bons cacahuètistes font ainsi des petites merveilles.

 Loire 46 de Jacques Cartigny et  Republic P47 d’André Petit (A.C. Les Goélands). Cacahuètes F4F (envergure =33cm) en styro « taillé dans la masse ». Les parois des fuselages sont amincies jusqu’à 1mm

La découpe au fil chaud

On aura remarqué que les mousses fondent à température assez basse, d’où l’idée de chauffer électriquement un fil d’acier tendu par un arc et de l’utiliser à la manière de la géniale invention qui fit la gloire de générations de crémières, en essayant quand même de faire un peu plus précis.

La méthode manuelle

On confectionne des gabarits de guidage aux formes et dimension des sections d’extrémité, qui peuvent être identiques (ailes rectangulaires) ou différents en taille et en forme (ailes trapézoïdales, profils évolutifs, vrillages). Pour une aile, il faut deux paires de gabarits (une pour l’extrados, une pour l’intrados) et procéder en deux passes.

Deux difficultés majeures :

• qualité des gabarits : leur tranche où glisse le fil doit être parfaitement polie sous peine d’accrocher le fil.
• régularité de l’avance du fil : avancer les deux mains parallèlement, régulièrement à la bonne vitesse en guidant le fil sur les gabarits (que dire des profils évolutifs) ne se réussit pas du premier coup ! L’état de surface obtenu nécessite en général une sérieuse reprise manuelle.

La table de découpe.

L’idée de base est de faire tirer les extrémités de l’arc à fil chaud par un poids qui va exercer une traction constante et donc une avance régulière et par conséquent un meilleur état de surface. D’où la conception d’astucieuses tables bardées de câbles, poulies et renvois d’angle.

La machine à commande numérique.

Les limites des méthodes précédentes apparaissent vite :

• difficulté d’obtenir de bons états de surface
• confection délicate des gabarits.
• formes complexes quasi impossibles

La solution qui s’impose d’elle-même consisterait à guider les extrémités du fil par des axes motorisés aux trajectoires pilotées par des fichiers de points, autrement dit une machine à commande numérique.

« Houlà ! s’écrieront ceux qui ont peu ou prou fréquenté la machine outil, mais ça coûte la peau des f… ces choses là ! »

C’est compter sans l’ingéniosité qui caractérise le monde du modélisme. Des groupes d’amateurs éclairés ont planché sur le sujet, en particulier en France le groupe CNC@NET regroupé autour d’Olivier Ségouin. Leurs travaux ont abouti à des systèmes mécaniques, électroniques et informatiques très abordables techniquement et financièrement (quelques centaines d’euro).

Plutôt que de vous infliger un long et fastidieux laïus sur leur concept, je préfère vous renvoyer à la consultation du site CNC@NET aux adresses suivantes :

http://www.teaser.fr/~osegouin/

http://www.teaser.fr/~abrea/cncnet/cnc_pres.phtml

Disons juste pour faire court que chaque extrémité de l’arc à fil chaud est guidée dans le plan vertical par un couple d’axes orthogonaux mus par des moteurs pas à pas, pilotés par un boîtier électronique et le logiciel informatique qui va bien. Le tout à base de matériaux disponibles en brico-machins (règle de maçon, tiges filetées, roulements de rollers, aggloméré médium, profilés, etc…).

La découpe CNC à l’Aéro Club Les Goélands

La première machine en service aux Goélands fut celle de Bruno, lui-même membre du groupe CNC@NET et pionnier de la découpe. Ayant un jour choisi de s’exiler en Loire Inférieure, il nous reste l’héritage de son expérience, enrichie par celle de Christophe, créateur d’un désormais incontournable logiciel utilitaire de traitement de fichiers. Il ne restait plus qu’à reconstruire une machine, ce qui est chose faite.

Notre machine est une variante de Rustica (à quelques détails près) pilotée par une carte MM2001 et le logiciel GMFC Pro (soumis à licence). Le fil chaud est un fil de 0,3 mm. Voir la description de ces éléments sur le site CNC@NET. http://www.teaser.fr/~abrea/cncnet/cnc_pres.phtml

 La motorisation du chariot horizontal …

 celle du chariot vertical et l’arc à  fil chaud qui pendouille sous la table

L’exploitation de la machine

La préparation du travail

Le logiciel GMFC, conçu essentiellement à l’origine pour des profils d’ailes, exploite des fichiers .DAT où les trajectoires sont décrites point à point par des séries de coordonnées X,Y codées en ASCII (lisibles par un éditeur de texte simple).

Exemple de structure de fichier .DAT
Profil.DAT - Re-echantillonne
1.000000  0.211350
0.813780  0.211350
0.801881  0.213824
0.789976  0.216265
0.778062  0.218668
0.766140  0.221022
0.754209  0.223340
0.742272  0.225619
0.730325  0.227851
0.718374  0.230054
0.706413  0.232206
0.694445  0.234322
0.682466  0.236374
0.670479  0.238375

Il peut dont utiliser directement les fichiers issus de logiciels de tracé tels que Visuaéro, Tracfoil ou leurs bibliothèques de profils.

Cependant, limiter une telle machine aux mêmes travaux que ceux réalisés par les moyens manuels serait se priver bêtement des immenses ressources d’un système programmable. On va donc essayer de créer des fichiers de points représentant des formes plus complexes : noyaux d’ailes évidés, tronçons ou noyaux de fuselages, détourage de silhouettes, ou tous autres objets pas forcément liés au modélisme.

• Solution bovine : tracer le contour souhaité sur du papier millimétré, relever les coordonnées des points caractéristiques et se les « palucher » à l’éditeur de texte. Bof, pas folichon…
• Solution plus high tech : Utiliser un logiciel de dessin (DAO). Nettement plus séduisant.

Un hic toutefois, le format de sortie des logiciels DAO est incompatible avec le format d’entrée de la machine. Là encore, le génie des amateurs a tout résolu. Roland Poidevin a conçu PROFSCAN (diffusion gratuite), utilitaire permettant entre autres fonctionnalités de transcoder la plupart des fichiers de DAO en .DAT.

Il subsiste une lacune : les fichiers de contrôle de chaque montant de la machine doivent comporter le même nombre de points. Pour les formes évolutives (trapézoïdales, coniques) cette condition n’est pas remplie par les fichiers bruts de décoffrage. En outre on remarquera que dans les arrondis, les DAO créent souvent une pléthore excessive de points.

Christophe Lauverjat (un ancien des Goélands exilé depuis en terre bretonne. Mais qu’est-ce qui les attire tous par là ?) a conçu un utilitaire d’ECHANTILLONNAGE permettant de retravailler les fichiers : on divise la trajectoire en tronçons limités par des points clés puis on définit le nombre de points par tronçon. On a ainsi la maîtrise (presque) totale de la répartition des points et de leur densité.

Résumons donc la genèse d’un projet :

On dessine l’élément à découper au moyen d’un logiciel de DAO (Turbocad, …).

Image de fond (en rose)  issue d’un plan 3D, à laquelle on superpose sur un autre calque le tracé du contour …… puis on complète le dessin.

Par une astuce de manipulation, on convertit les dessins en « polylines » et on les sauvegarde individuellement au format .DXF ou .HGL selon les possibilités du logiciel utilisé.

 Polylines des tracés de découpe

On mouline les fichiers obtenus avec PROFSCAN pour les convertir en .DAT

On les remouline avec ECHANTILLONAGE pour répartir les points.

Ouf ! Ils sont maintenant prêts à être digérés par la machine.

La démarche peut paraître complexe voir même franchement m..dique (si, si, dites le) mais c’est en fait un petit mécanisme qu’on assimile très rapidement. Essayez, vous verrez.

Pour ceux qui veulent se lancer ou simplement approfondir le sujet, se reporter au forum de CNC@NET (inscription nécessaire) à la rubrique de Philippe Carpentier allias Papy Kilowatt, grand maître belge ès découpe, qui y a publié par épisodes un indispensable manuel de technique de dessin (« du plan 3 vues à la maquette volante »).

http://osegouin.free.fr/forum/viewforum.php?f=17&sid=f61db2644d1a3f55f7a954f334998a20

Préparation de la machine (avec le logiciel GMFC®)

Avant de se précipiter tête baissée sur le polystyrène, il convient de procéder à quelques ajustements.

·         Paramètres machine : on configure les paramètres définissant la machine : résolution des moteurs, pas des vis, courses, sens de déplacement, vitesse maxi, …

·         Paramètres matières : par une série de test sur des éprouvettes, on optimise les paramètres de chauffe et de vitesse d’avance pour chaque matériau.

Définition du projet

Une découpe est vue comme un projet dont on définit les paramètres : fichier(s) de points utilisé(s), dimensions du bloc brut, position de la découpe dans le bloc, flèche, … Il est archivé avec l’extension .CNC.

Enfin on coupe !

Le projet étant chargé, on demande une découpe de tronçon. Il reste à définir le matériau et quelques paramètres liés à la découpe : sens de compensation du rayon de fil, position du brut sur la table, aile gauche ou droite (pour les profils évolutifs). Un graphique schématise la position du bloc.

OK, et c’est parti !

 Voilà, à vous de jouer

Raymond COLINOT –  LES GOELANDS (Montreuil)      21/01/2008