Hack CNC

Objectif du projet : Remplacer le matériel de pilotage d'origine d'une graveuse à commande numérique de circuits imprimés propriétaire par du matériel Open Source, conception, adaptation et mise au point du logiciel de pilotage.

Ce projet comporte une différence majeure avec un certain nombre d'autres projets de la séquence Réparer le monde : au-delà de l'intérêt pédagogique et de la fenêtre temporelle du module, la machine a doit être utilisable par des professeurs et des élèves par la suite, personnes qui sont également susceptibles de faire des erreurs. Il faudra donc mettre en place des protocoles de sécurité et des systèmes d'arrêt d'urgence pour garantir l'intégrité physique des personnes et du matériel.

Impact Socioécologique

La gravure de circuits imprimés est une étape cruciale dans la fabrication de nombreux appareils électroniques, et la gravure à commande numérique est une méthode précise et efficace pour produire des circuits imprimés de haute qualité. En rendant le matériel et le logiciel de pilotage open source, nous permettons aux utilisateurs de machines CNC de réduire leur dépendance à l'égard des fournisseurs propriétaires, de réduire les coûts de maintenance et de réparation, et de prolonger la durée de vie utile de leurs machines. En outre, en partageant les plans, les schémas et les logiciels, nous contribuons à la diffusion des connaissances et à l'émancipation des utilisateurs, en leur donnant les moyens de comprendre, de modifier et d'améliorer leur équipement.

Réduction des déchets électroniques :

Le projet de réparer une graveuse à commande numérique (CNC) à l'arrêt permet de réduire la quantité de déchets électroniques (DEEE) produits. Selon l'ADEME, en 2020, 750.000 tonnes de DEEE ont été générées en France, dont 77% ont été collectées et recyclées. Au niveau mondial, d'après l'Union Internationale des Télécommunications, cela représente 53.6Mt en 2020, soit plus de 7kg par habitant ! La réparation d'appareils électroniques permet de réduire ce chiffre et de préserver les ressources naturelles. Les appareils électroniques contiennent également de grandes quantités de métaux rares et précieux (Or, Cobalt, Argent, Palladium...) dont l'extraction et le raffinage sont très polluants. D'après ce rapport de l'Agence Internationale de l'Energie, les demandes de ces matériaux ne font qu'augmenter et risquent d'exploser dans les années à venir. En prolongeant la durée de vie des appareils, on réduit la pression sur ces ressources et on limite les impacts environnementaux.

Contribution à l'économie circulaire :

Le projet s'inscrit dans une démarche d'économie circulaire, qui vise à réduire la consommation de ressources et la production de déchets en allongeant la durée de vie des produits. En réparant la graveuse CNC, on lui donne une seconde vie et on évite l'achat d'une nouvelle machine.

Impact social :

Le projet permet de maintenir l'accès à la technologie CNC pour des ateliers et des makers qui n'ont pas les moyens d'acheter une nouvelle machine. Cela favorise l'innovation et la créativité dans le domaine de la fabrication numérique.

État de l'art

Ce projet s'inscrit dans la lignée d'une communauté active et dynamique de passionnés et de professionnels qui œuvrent pour rendre la technologie CNC plus accessible et abordable. De nombreux projets similaires ont été réalisés, avec des succès divers, et il existe une multitude de ressources disponibles en ligne pour accompagner les porteurs de projets.

Projets similaires :

OpenSCAM: Un logiciel de pilotage CNC open source complet et convivial, développé par une communauté active.

CNCjs: Une interface web moderne pour piloter des machines CNC avec des firmwares GRBL ou Marlin.

Ressources personnelles :

Un des étudiants du groupe a pu travailler au sein du Fablab de La Roche sur Yon sur des projets très similaire, on pourra donc utiliser les ressources, notes et listes de matériel de ce projet de restauration d'une CRA4 CharlyRobot et de ce projet de fabrication d'une CNC maison 870x1050x230mm.

Tutoriels et forums :

CNC Cookbook: Un site web complet avec des tutoriels, des articles et des ressources pour tous les niveaux, des débutants aux experts.

Forum OpenBuilds: Un forum actif où les utilisateurs de machines CNC open source partagent leurs expériences et s'entraident.

Reddit r/CNC: Un subreddit dédié à la discussion sur les machines CNC, avec des questions et réponses, des conseils et des astuces.

Logiciels de pilotage open source :

LinuxCNC: Un logiciel de pilotage CNC puissant et flexible, compatible avec une large gamme de machines.

GRBL: Un firmware open source populaire pour les microcontrôleurs Arduino, utilisé pour piloter des machines CNC de petite taille.

Mach3: Un logiciel de pilotage CNC commercial populaire, avec une version gratuite limitée.

Cartes de pilotage et modules :

Arduino: Une plateforme de microcontrôleurs open source largement utilisée pour le pilotage de machines CNC.

CNC Shield Protoneer: Un module d'extension pour Arduino qui facilite le pilotage de machines CNC.

DRV8825 Stepper Motor Driver: Un driver de moteur pas à pas puissant et économique, compatible avec de nombreuses machines CNC.

Recherche et publications :

Cet article de l'université de Kufa en Inde qui décrit comment concevoir et réaliser un système de pilotage open source pour une machine CNC.

Design and Implementation of a Home CNC Open Control System: Cet article décrit la conception et la réalisation d'un système de pilotage open source pour une machine CNC.

Open Source CNC Control Software: A Review: Cette revue d'articles scientifiques présente les différents logiciels de pilotage CNC open source disponibles.

The Future of Open Source CNC: Cet article explore les tendances et les développements futurs de la technologie CNC open source.$

Etat de la machine au début du projet

Nous avons découvert la machine jeudi 07/03 après-midi, en partie démontée.

Éléments électroniques d'origine

• Une alimentation AC 240V 3.5A -> DC 24V 8.3A
• 3 moteurs pas à pas Nema23 de 1.8° par pas, alimentés en 2.0A (supposément 24V), et ayant un couple de 0.9Nm
• Une carte mère basée sur un microcontrôleur ATmega644, avec 3 shields pour le pilotage des moteurs
• Une carte secondaire, servant probablement d'alimentation
• Deux relais mécaniques qui, s'ils sont toujours en état de fonctionner, seront conservés
• Un panneau frontal, comportant
  • Un bouton d'arrêt d'urgence type "coup de poing"
  • Un bouton ON et un bouton OFF
  • Une LED ON

Éléments mécaniques d'origine

Sauf casse ou élément défaillant, la mécanique sera conservée

• Vis sans fin (pas à déterminer), qui nécessitera un bon coup de dégraissage/regraissage
• Un coupleur par moteur
• ...

Besoins en matériel

L'architecture matérielle du projet a été choisie pour sa simplicité, son caractère commun, peu onéreux et sa facilité d'utilisation :

• Un Arduino Uno R3 dont la documentation est disponible en ligne
  • Un Shield CNC Protoneer V3
  • On y flashera un système GRBL avec un interpréteur de G-Code pour une grande compatibilité avec les logiciels de CAO/DAO usuels.

Shield CNC Protoneer

• Des relais pour le transfert de l'alimentation (on pourra peut-être réutiliser les deux d'origine)

On aura également besoin de :

• Un grand nombre de câbles pouvant supporter différents courants (à préciser par la suite)
• Du matériel d'électronique et de soudure classique
• Des consommables : graisse, gaines, colliers de serrage...
• Un accès à une imprimante 3D ou une découpeuse bois/MDF... pour fabriquer des supports de cartes électroniques