Adaptation d'un porte lame Roland pour faire de la découpe vinyl avec une CNC

Les enseignistes connaissent bien la découpe vinyl qui leur permet de faire de nombreux marquages. Le principe est simple : Une feuille de vinyle autocollante est découpée à l'aide d'un plotter de découpe spécialisé, et l'opération est répétée pour chacune des couleurs nécessaires. Les découpes inutiles sont ensuite 'pelées', et collées à l'envers sur une feuille qui va servir de support pour le transfert sur le support final.

Le support final sera ensuite nettoyé et humidifié avec un agent mouillant (eau + produit vaisselle...), qui facilitera le repositionnement de l'autocollant, puis lorsque tout est en place, il suffit de chasser les bulles (et l'eau) avec une raclette.

Les plotters de découpe spécialisés sont des machines relativement simples, puisqu'il s'agit d'une mécanique de genre 'traceur à rouleaux' (un axe sur un rouleau avec des galets presseurs, l'autre sur une translation), dont la plume est remplacée par un outil muni d'un lame montée sur roulement à bille, montée dans un porte outil dont il est possible de régler la pression (de 30 grammes à 150 grammes).

Certes, ces machines sont peu couteuses (à partir de quelque centaines d'euros), mais leur achat n'est envisageable que si l'utilisation est récurrente.

Je me suis donc intéressé à la façon dont il serait possible d'adapter une machine de CNC 'portique' pour pouvoir découper du Vinyle... Découvrons comment dans la suite.

Le porte lame

On trouve aujourd'hui sur Ebay pour une dizaine d'euros avec le port des porte lames pour découpe vinyl, conçus pour les plotters Roland, Graphtec, etc.. Ils sont d'ailleurs souvent livrés avec plusieurs lames. (chercher "Roland Blade Holder")

J'ai donc fait l'acquisition d'un porte lame compatible Roland, avec 3 lames que voici :

roland-blade-holder.jpg

Description porte lame

La partie noire, reçoit en son centre une lame, qui est maintenue par un aimant en terres rare situé dans le corps du porte lame. Cette lame est guidée par des micro roulements, de façon à permettre une rotation libre pour suivre le trajet du traceur.

roland-blade-holder-ejecteur.jpg

L'autre extrémité est munie d'une tige métallique de 1mm de diamètre, qu'il suffit de pousser pour éjecter la lame à l'autre bout. Un ressort à l'intérieur du porte lame ramène l'éjecteur en position de repos.

roland-blade-holder-ensemble2.jpg

Ce porte lame est destiné à être monté dans une fourche sur un traceur Roland. La collerette de grand diamètre se vissant sur le corps, permettant de régler la hauteur de la lame. La bague moletée au dessus permet de bloquer la collerette (contre écrou) après avoir trouvé la position désirée.

Le mécanisme de fixation du porte lame sur le plotter de découpe est monté dans un dispositif qui permet de régler la pression (usuellement d'une dizaine de grammes à plus d'une centaine), afin de bien marquer le trait de coupe sans endommager le support du vinyl.

Description du problème pour l'adaptation CNC

Adapter ce porte lame sur un portique CNC va poser plusieurs problèmes :

  • Fixer le porte lame sur le chariot Z
  • Trouver une solution pour régler la pression.

Solution apportée pour la gestion de la pression

En surfant sur le web, j'ai trouvé sur Wood Work une solution proposée par un dénommé Greg : http://www.woodworkforums.com/f170/cutting-sign-vinyl-cnc-router-90421/ . La solution repose en un ajout d'un ressort de compensation à l'arrière du porte lame, permettant d'appliquer une pression sur celle-ci. Malheureusement, il faut un tour pour réaliser le corps de la pièce principale... N'en disposant pas, j'ai utilisé un bas de stylo bille promotionnel, choisi dans un lot pour qu'il réponde aux caractéristiques demandées. Ceci permet d'utiliser une pièce de récup ou les adaptations mécaniques seront minimales.

Voici le principe de fonctionnement de l'ensemble :

eclate.png

En réglant le bouton de manœuvre (en jaune), cela permet de pousser le ressors et d'appliquer une précontrainte sur la tige de l'éjecteur. Comme le ressort intégré à l'éjecteur pourrs vers le haut celui-ci, le bouton de manœuvre dans un premier temps ne permet que de compenser le ressort intégré. Puis dans un 2e temps (avec une pression encore plus importante), le ressort du stylo applique une pression positive, qui va faire sortir un peu le couteau. C'est l'effet recherché.

Le choix du stylo est déterminant. Il faut :

  • Que la matière soit suffisamment rigide
  • Qu'elle soit travaillable à chaud aussi bien qu'usinable (point important, on verra par la suite...)
  • Que son diamètre extérieur au niveau du pas de vis, soit légèrement plus gros que le diamètre intérieur de la partie supérieure du porte lame.
  • Ne pas oublier de récupérer également le ressort

Mode opératoire :

  • Chauffer délicatement la partie basse du stylo avec le pas de vis (pas trop chaud pour ne pas la bruler... et homogène)
  • La visser à l'intérieur de la partie haute du porte lame avant qu'elle refroidisse
  • Répéter l’opération autant de fois que nécessaire pour avoir un pas de vis qui fonctionne bien sur une longueur suffisante (3 à 4 mm).
  • Repercer au diamètre 2.5 et tarauder en M3 l'orifice ou sortait la point bille
  • Entrer une vis M3 de grand longueur après avoir meulé la tête de vis pour qu'elle passe dans le corps du stylo
  • Fabriquer à l'aide d'une autre vis M3 courte la pièce qui sera en contact avec l'éjecteur. Il faut remeuler également l'extérieur pour qu'elle rentre dans le corps du stylo, raccourcir la vis, et meuler la tête pour qu'elle fasse un appui plan avec l'éjecteur (voir schéma ci dessus).
  • Fabriquer un bouton de manœuvre, qui sera repercé et taraudé M3 (non débouchant si possible...).

Solution apportée pour le support sur la machine

Fixer le porte lame sur la machine peut être compliqué. Il faut en effet que le support soit rigide, et trouver une solution pour tenir le porte lame. J'ai conçu une pièce en PVC qui va permettre de 'clipser' le porte lame dedans. Il restera ensuite à fixer cette pièce en PVC sur un un support rigide, solidaire de l'axe Z de la machine. J'ai percé et taraudé 2 trous sur le bâti de l'axe Z de la machine, permettant de rendre le système démontable, et lui restaurer sa fonction de portique cnc.

Voici le support PVC du porte lame (sans les fixations) (plan sketchup) :

support-porte-lame.png

Cette pièce est ensuite fixée sur une pièce en aluminium aero de 10mm d'épaisseur, qui est elle même fixée sur l'axe Z de la machine. Je ne met pas les plans car cette pièce est spécifique à ma CNC (une BORCH 9060 de Cncdiy.org).

L'ensemble monté en photo

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(cliquer pour zoomer)

Premiers essais

Les premiers essais sont très encourageants. Je publierai plus tard des photos de réalisations terminées...