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BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session 2011 Série S option Sciences de lingénieur ÉTUDE DUN SYSTÈME PLURITECHNIQUE Imprimante 3D Proposition de correction.

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1 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session 2011 Série S option Sciences de lingénieur ÉTUDE DUN SYSTÈME PLURITECHNIQUE Imprimante 3D Proposition de correction

2 Le constructeur envisage de commercialiser une nouvelle version du produit prenant en compte les souhaits exprimés par les actuels utilisateurs. Ceux-ci sont globalement satisfaits. Ils constatent néanmoins quelques dysfonctionnements très occasionnels qui sont les suivants : 1- Le fil ne rentre pas dans la buse de la tête dimpression pour deux raisons principales : écrasement trop important du fil (le fil trop aplati ne peut plus entrer dans la buse) ; désalignement du fil par rapport à la buse. 2- Le fil se casse dans la cassette de stockage. Cette rupture nest pas détectée par limprimante qui continue son cycle malgré labsence du fil. problématiques liées à lutilisation et au fonctionnement propositions de solutions pour : - assurer leffort presseur (résolution du dysfonctionnement 1-1) ; - faciliter le réglage de lalignement du fil avec la buse (résolution du dysfonctionnement 1-2) ; - détecter et gérer la casse du fil (résolution du dysfonctionnement 2).

3 1- ÉTUDE DU SYSTÈME PRESSEUR DU FIL Lobjectif de cette partie est de choisir un ressort qui permet dassurer un effort presseur de 56 N sur le fil, valeur nécessaire et suffisante, estimée par retour dexpérience. 1.1 – Détermination de leffort exercé par le ressort 6 Question 1 : Citer les solutions technologiques qui assurent les fonctions techniques : - FT15 : transformer lénergie mécanique de rotation en énergie mécanique de translation (entraîner le fil en translation) ; - FT16 : maintenir le fil en contact avec le galet dentraînement. GALET DENTRAINEMENT GALET PRESSEUR LEVIER RESSORT DE TRACTION

4 Question 2 : Isoler lensemble S (7 et 8) et faire linventaire des actions mécaniques extérieures, en vue dune résolution graphique. Pt Appl.DirectionSensNorme C fil/galet8 C56 N B ress6/7 BAxe ressort A 2/7 A Question 3 : Déterminer graphiquement la valeur numérique de toutes les actions mécaniques extérieures à S. ||B ressort6/7 ||= 80 N ||A 2/7 || = 24 N ||C fil/galet8 || ||A 2/7 || ||B ressort6/7 || 80 N 24 N

5 Question 4 : Déterminer la raideur du ressort k = F / l = 80 / 6,6 = 12,12 N.mm -1 Question 5 : En déduire le ressort le mieux adapté parmi ceux proposés sur le document technique DT4. Indiquer sa référence. Référence : ET4220 Longueur à vide : L 0 = 30,20 mm Raideur : k= 11,90 N.mm -1 Question 6 : En déduire lallongement quil faut imposer à ce ressort pour obtenir leffort demandé. Ecarter les deux axes daccrochage des ressorts de 0,1 mm Augmenter les diamètres des deux axes de 0,05 mm. l = F / k = 80 / 11,9 = 6,7 mm Proposer une modification du système (voir DT2 et DT3) pour obtenir cette valeur au lieu de la valeur initialement prévue de 6,6 mm.

6 2- ÉTUDE DE LALIGNEMENT DU FIL PAR RAPPORT À LA BUSE Lobjectif de cette partie est de proposer une solution de liaison entre le galet dentraînement et laxe du réducteur pour assurer ce bon alignement lors du montage. Question 7 : Proposer une autre solution de principe pour assurer lalignement du fil par rapport à la buse et la critiquer par rapport à la solution retenue. Agrandissement du cône dentrée du fil pour auto alignement mais risque de rupture du fil lors du fonctionnement en poussée lors de linjection, doù proposer un comportement glissière de la liaison axe moteur - galet ? Réglage de la position de lensemble dentrainement du fil par rapport à la buse mais cette solution nécessite un réglage « manuel et visuel ».

7 3- ÉTUDE DE LA DÉTECTION DE LA RUPTURE DU FIL Lobjectif de cette étude est de détecter la rupture du fil, afin déviter que limprimante 3D continue son cycle de production sans matière. Dans 99 % des cas, la rupture du fil a été constatée au niveau de la cassette de stockage. Pour cela, deux solutions seront étudiées du point de vue : - de lacquisition de linformation ; - du traitement de linformation ; - de la communication de linformation. Question 8 : Sur le document réponse DR1, citer les solutions technologiques qui assurent les fonctions techniques FT13 et FT14 : MOTEUR REDUCTEUR

8 Question 9 : À partir de leffort à fournir par le galet dentraînement et des caractéristiques du moteur données sur le document technique DT4, déterminer la valeur du courant absorbé par le moteur lorsquil fournit un effort suffisant pour entraîner le fil Première solution : détection de la casse du fil par mesure dune image du courant moteur C g = F. r = /2 = 2000 mN.m = 2 N.m C M = C g. R / = 2000 / ( ,3) = 1,27 N.m C M = k. I M soit I = C M / k = 1,27 / 23,4 = 54,3 mA

9 Question 10 : Déterminer la valeur du courant consommé par le moteur en labsence de fil. Question 11 : Compléter lalgorithme permettant de mettre en pause limprimante 3D en cas de rupture du fil. I M = = 40 mA4 graduations FAIRE Mesure du courant SI COURANT < 45mA Alors Imprimante en pause FIN SI

10 logique avec sans tous typesmagnétiquesopaques Question 12 : compléter le tableau permettant de comparer trois technologies différentes (interrupteur poussoir, interrupteur ILS et optocoupleur). Question 13 : Le choix sest porté sur un optocoupleur. Justifier ce choix. Le fil est en résine ou matière plastique : Fin et fragile sa présence ne peut pas être détectée par contact Sa matière nest pas magnétique Par contre elle est opaque ou suffisamment peu translucide 3.2- Deuxième solution : détection de la casse du fil par mise en place de capteur à la sortie des cassettes de stockage

11 Question 14 : À laide du document technique DT5, proposer un schéma de câblage des deux détecteurs en complétant le document réponse DR3.

12 Question 15 : Modifier lextrait de lalgorigramme du programme principal sur le document réponse en intégrant les nouvelles contraintes. Linformation « casse du fil » doit être signalée à lopérateur. On souhaite afficher à lécran de limprimante 3D linformation « rupture de fil support » si le capteur « capt supp » a détecté une rupture de fil support, ou linformation « rupture de fil modèle » si le capteur « capt mod » a détecté une rupture de fil modèle. Dans les deux cas, il faut configurer limprimante 3D en mode maintenance. Besoin de fil support ? pièce finie ? activer « dépose fil support » Déposer du fil activer « dépose fil modèle » Fin afficher «rupture fil support » passer « mode maintenance » rupture de fil support ? lire « capt.supp »lire « capt.mod » Rupture fil modèle ? afficher «rupture fil modèle » passer « mode maintenance »

13 Question 16 : Lorsque le diamètre du fil est de 1,8 mm, calculer la longueur nécessaire à la réalisation dune couche dont la forme est un parallélépipède de 152 mm par 152 mm et dépaisseur 0,245 mm. Volume du fil : V F =. r². L F Volume dune couche : V C = a. a. L F = a². e soit. r². L F = a². e L F = a². e / (. r²) = 152². 0,245 / (. 0,9²) = 5660,48 / 2,54 V F = V C L F = 2224,43mm = 2,22m Question 17 : En justifiant la réponse, quel dispositif vous semble le plus approprié ? 1.Si on mesure limage du courant il ne reste plus de fil et on ne peut pas finir la couche. Cette solution nest donc pas viable. 2.Si on mesure la continuité du fil en amont par un capteur à la sortie des cassettes de stockage on peut constituer une réserve quil faut évaluer à 2,22m de film pour sécuriser la fin de la couche la plus défavorable Choix de la solution pour réaliser la fonction Acquérir

14 3.4- Communication de linformation « rupture de fil » à travers le réseau Ethernet PC1 : IP PC2 : IP PC3 : IP IMP : IP MASQUE : Les trois 1 ers octets sont identiques donc peuvent communiquer et les 4èmes tous différents, donc pas de conflit. La communication est donc possible. Question 18 : Vérifier si chaque PC du bureau détude peut communiquer avec limprimante 3D. Justifier la réponse.

15 3.5 Gestion du mode maintenance Question 19 : Citer la solution technologique qui assure la fonction technique FT12 : acquérir une information liée à la longueur de fil consommé. CODEUR Question 20 : En mode maintenance, limprimante 3D va purger le reste du fil dans un bac. La longueur maximale du fil à évacuer étant de 2270 mm, calculer successivement le nombre maximal de tours du galet et du moteur. Nb maxi de tours de galet = Longueur de fil / périmètre du galet = LF / (. D ) = 2270 / (. 16 ) = 45,16 tours de galet Nb maxi de tours du moteur = 45, = tours de moteur, environ trs Question 21 : Dès que limprimante 3D se place en mode maintenance, de quelle durée bénéficie lopérateur pour remplir la cassette de stockage vide pour ne pas interrompre la production ? Dans le cas le plus défavorable où la rupture du fil se produirait juste à la fin de la couche, il resterait à « purger » toute la réserve de fil. N moteur = 8360 tr.mn-1 T = / 8360 = 28,35mn Dans dautres configurations cette durée serait allongée par la fin de couche à débit moindre.

16 BILAN ET SYNTHÈSE DES SOLUTIONS RETENUES Question 22 : Exprimer de façon synthétique les gains apportés par les solutions retenues, en réponse aux problèmes posés. 1- Le fil ne rentre pas dans la buse de la tête dimpression pour deux raisons principales : écrasement trop important du fil (le fil trop aplati ne peut plus entrer dans la buse) ; désalignement du fil par rapport à la buse. 2- Le fil se casse dans la cassette de stockage. Cette rupture nest pas détectée par limprimante qui continue son cycle malgré labsence du fil. 1-1 Résolu par réglage de leffort. Mais les matières fusibles ayant des caractéristiques mécaniques différentes., ne faudrait-il pas œuvrer sur le contrôle de la déformation plutôt que sur une valeur préréglée de leffort presseur ? 1-2 Résolu par mobilités au fonctionnement ou lors dun « réglage » de la machine. 2 - Les réponses apportées signalent la rupture du fil au personnel et permettent une intervention pour la réalimentation du fil après vidange du circuit. Cette intervention peut être réalisée dans un délai de 28mn. Le cycle dimpression redémarrera à la couche suivante, permettant une continuité de la construction de la pièce. Cette solution a toutefois un goût amer car linterruption de production peut être jusquà 28mn et on peut « gaspiller » jusquà 2,27m de fil au coût non négligeable. Ne pourrait-on pas imaginer une détection permettant moins de gâchis et surtout pas de temps dinterruption du dépôt de fil par une « buse de secours » sur une nouvelle cassette ?


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