Mini Aspirateur USB imprimé en 3D

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Difficulté:

Bonjour à tous ! J'aimerai vous présenter un projet que j'ai réalisé l'été dernier : fabriquer un mini aspirateur USB par impression 3D Je travaille très régulièrement à mon bureau, qui me sert à la fois d'établi pour mes projets diverses, et de table de travail pour mes études. Vous l'aurez compris, la poussière et la sciure s'accumulent très vite sur mon bureau bien encombré et entre les touches de mon clavier d'ordinateur : je devais trouver une solution. Ce projet répond donc avant tout à un besoin que j'ai eu : celui de garder mon plan de travail propre avec un appareil de petite taille. Aucun appareil du marché ne correspondant à mes besoins, j'ai décidé de créer mon propre mini aspirateur. Ce projet a été également publié sur le site de tutoriels anglophones Instructables (http://www.instructables.com/id/3D-Print-a-Mini-USB-Vacuum-Cleaner/) à une époque où je ne connaissais pas d'équivalent français comme Oui are Makers. Aujourd'hui, je suis fier de vous présenter en français mon projet, et j'espère que vous l'aimerez ! Bonne lecture !

Matériel

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Budget:

10 €
  • une imprimante 3D
  • un sachet de thé (oui, vraiment important !)
  • un tuyau flexible
  • une fixation male/male de Lego Technique
  • un interrupteur à glissière de taille 6x12mm
  • un cable USB
  • un moteur à courant continu RE-140 (moteur très facilement trouvable dans de vieux jouets, ou sur internet)
  • un pied à coulisse
  • de l'étain
  • un fer à souder
  • de la gaine thermorétractable de diamètre 4mm
  • du papier de verre à grains fins
  • une pince coupante
  • une pince plate
  • un scalpel / cutter
  • 6 vis cruciformes (récupérées dans un vieux lecteur CD)
  • un tournevis cruciforme
  • de la super glue

Etape 1 : Comprendre comment fonctionne un aspirateur

Avant de commencer à concevoir en 3D mon propre aspirateur, j'ai du me documenter sur comment un aspirateur classique fonctionne, et quelles pièces le composent.
J'ai pu trouver beaucoup de réponses à mes questions sur le site anglophone Howstuffworks.com

Un aspirateur classique (photo 1) se compose d'un moteur mettant en mouvement une turbine, permettant ainsi l'aspiration d'un flux d'air. L'air aspiré et chargé de poussières est nettoyé de ses impuretés grâce à un filtre, puis rejeté à l'extérieur de l'appareil. Il ne reste plus qu'à nettoyer ou changer le filtre de temps en temps pour entretenir l'appareil.

Les différentes étapes de traitement de l'air désormais identifiées, j'ai pu commencer à concevoir le principe de fonctionnement de mon mini aspirateur (vue en coupe sur la photo 2).
L'air chargé de poussières est aspiré par le tuyau et pénètre dans le réservoir. Il passe à travers le filtre, tandis que la poussière est bloquée par celui-ci et tombe au fond du réservoir. L'air purifié de ses impuretés pénètre ensuite par la turbine avant d'être rejeté par le haut du mini-aspirateur.

Reste maintenant à concevoir l'ensemble des pièces en 3D !

Etape 2 : Conception de la turbine en 3D...

La pièce maîtresse de mon mini aspirateur est sa turbine : par la mise en rotation de celle-ci, on créer un déplacement d'air important et donc une aspiration.

La turbine a été la première pièce a être modélisée en 3D. Pour la concevoir, je me suis inspiré de turbines déjà existantes, provenant de vieux aspirateurs de table que j'avais démonté (mais qui étaient de trop grande taille pour mon projet, voir photo 2). Beaucoup de mesures à la règle et au pied à coulisse m'ont permis de réaliser des croquis, en vue de sa modélisation en 3D.

Pour la modélisation 3D, j'ai utilisé le logiciel SolidWorks :
- Dans un premier temps, j'ai dessiné sur le logiciel une esquisse de ma turbine en 2D avec les bonnes dimensions (photo 3)

- J'ai extrudé cette esquisse pour avoir une forme en 3D (photos 7 et 8)

- J'ai évidé le centre de la turbine (photos 9 et 10)

- J'ai élargi la base de la turbine pour renforcer les pales de celle-ci (photos 11 et 12)

- J'ai extrudé le centre de la turbine pour renforcer la fixation du moteur sur celle-ci (photos 13 et 14)

- J'ai évidé le centre de la turbine pour y placer parfaitement l'arbre du moteur (photos 15 et 16)

- Et enfin j'ai réalisé un congé (un arrondi) entre chaque pale et la base de la turbine pour solidifier l'ensemble et obtenir la pièce finale (photos 17 et 18)

Etape 3 : ...et conception des autres pièces !

Les autres pièces du mini aspirateur sont conçues de la même façon, en suivant la succession d'étapes décrite précédemment : "esquisse" -> "extrusion" -> "évidemment" -> etc...

Au final, 7 pièces composent l'aspirateur et doivent êtres modélisées en 3D. Du haut vers le bas, on a :

- le couvercle de l'aspirateur (photo 1)

- le porte-moteur (photo 2)

- la turbine (voir étape précédente)

- le couvercle de turbine (photo 3)

- le couvre-turbine (photo 4)

- le porte-filtre (photo 5)

- le réservoir de poussière (photo 6)

Une fois les différentes pièces assemblées entre elles, on obtient une modélisation 3D du mini aspirateur dans sa version finale (photos 7 et 8). Une vue en coupe de l'assemblage permet de mieux comprendre son fonctionnement (photos 9 et 10)

Etape 4 : Impression des pièces en 3D

Il est grand temps d'aborder la partie principale de ce projet : l'impression 3D !

Tous les fichiers .STL du projet sont téléchargeables dans la partie "fichiers techniques" juste après la liste du matériel ! J'ai également ajouté les fichiers SolidWorks si vous souhaitez modifier l'aspirateur et l'adapter à vos envies.

Pour imprimer l'ensemble des pièces composant le mini aspirateur, j'ai utilisé une imprimante 3D Prusa I3 appartenant à une association étudiante d'électronique dont je fait parti. J'ai utilisé du filament PLA noir pour la turbine et le couvre-turbine, et du PLA orange translucide pour les autres pièces.

L'imprimante 3D est utilisé avec les logiciels gratuits Repetier et Slic3r, avec comme configuration :

- température extrudeur : 180 degrés

- température plateau : 80 degrés

- épaisseur des couches : 200 microns

Les pièces désormais imprimées, il ne reste plus qu'à les assembler !

Etape 5 : Préparation des pièces

Oups.. J'ai parlé trop vite.
Avant de commencer à assembler les différentes pièces de l'aspirateur, il est indispensable de les préparer.

En effet, les imprimantes 3D ont beau être de formidables inventions, les pièces imprimées en 3D possèdent souvent de nombreux petits défauts de précision ou d’esthétisme. Il est alors obligatoire de corriger à la main ces défauts, qui rendent l'assemblage impossible.

Pour les pièces du mini-aspirateur, il est nécessaire de poncer certaines parties pour obtenir un bon assemblage au final (notamment pour l'encoche du port USB, et pour le porte-moteur). Un scalpel et du papier de verre à grains fins permettent d'arriver à de bons résultats (voir photos).

Une fois les pièces bien préparées, on peut enfin passer à l'assemblage du mini aspirateur USB.

Etape 6 : Assemblage de la turbine

La première étape de montage est l'assemblage de la turbine complète.
On colle pour cela la pièce "turbine" avec la pièce "couvre-turbine" en utilisant de la super glue.
Faire attention à ce que les deux pièces soient totalement dans l'axe.

Etape 7 : Assemblage du circuit d'alimentation du moteur

Pour la suite du montage, on réalise le circuit d'alimentation du moteur. Celui-ci est alimenté par USB (+5V) en  connectant directement l'aspirateur à un ordinateur ou à un chargeur USB de téléphone.

Pour réaliser le circuit, j'ai tout d'abord récupéré un câble USB endommagé d'IPhone 5 que j'ai coupé à l'aide d'une pince coupante l'extrémité du connecteur téléphone. 

En ouvrant le câble on découvre 5 parties distinctes (voir photo 3) :

- un maillage de fils argenté (le blindage du câble, inutile pour le projet)

- un fil vert (Data-, fil permettant le transport de données diverses, inutile pour le projet)

- un fil blanc (Data+, fil permettant le transport de données diverses, inutile pour le projet)

- un fil rouge (+5V, utile pour le projet)

- un fil noir (0V, utile pour le projet)

On peut vérifier que le câble USB apporte bien 5V en le connectant à un ordinateur et en mesurant la tension de sortie entre les fils rouge et noir avec un voltmètre (photo 4). En connectant le plus et le moins (fil rouge et fil noir) aux bornes du moteur, on l'alimente en 5V et celui-ci se met alors à tourner. Pour rendre le circuit plus pratique, on intègre un interrupteur en série entre l'alimentation et le moteur (voir schéma photo 5).

Attention ! Avant de souder le circuit complet avec le fer à souder et l'étain, il faut penser à faire passer le câble USB par le trou de la pièce 3D porte-moteur. 

Enfin, pour éviter les court-circuits, j'ai utilisé de la gaine thermorétractable sur chacune de mes soudures pour les isoler totalement.

Etape 8 : Placement du moteur et de l'interrupteur dans la structure

Le moteur et l'interrupteur désormais soudés, on peut les inclure dans leur emplacements dédiés :

Le moteur s'insère l'axe vers le bas, au centre de la pièce porte-moteur, tandis que l'interrupteur s'insère avec la glissière dirigée vers le haut dans la pièce couvercle aspirateur.

Enfin, on insère le couvercle de l'aspirateur sur le porte-moteur pour ne faire qu'une seule pièce. 

Etape 9 : Vissage de la partie supérieur de l'aspirateur

Pour lier solidement les deux pièces ensemble, j'ai utilisé deux vis cruciformes récupérées dans un vieux lecteur CD (photos 1 et 2). 

Le câble USB s'enroule autours du porte-moteur et s'accroche sur le couvercle de l'aspirateur lorsque celui-ci n'est pas utilisé.

Etape 10

La turbine assemblée précédemment peut dorénavant être fixée sur l'arbre du moteur. Pour solidifier la fixation, j'ai appliqué très précautionneusement de la super glue sur l'axe du moteur dépassant du centre de la turbine (photo 4).

Etape 11 : Finalisation du bloc d'aspiration

Pour finaliser le montage du bloc d'aspiration, on visse la pièce couvercle turbine à l'assemblage précédent, à l'aide de deux vis cruciforme.

Avant de passer à la suite, il est très important de vérifier que la turbine tourne librement, sans toucher les bords de la structure. Si c'est le cas, il est impératif de démonter l'assemblage et de corriger ce qui ne va pas (pièces mal alignées, mal collées...etc).

Le bloc d'aspiration maintenant terminé, on peut passer au montage du bloc de filtrage !

Etape 12 : Découpe du filtre

Lors de la conception de ce mini aspirateur, je me suis heurté à un problème de taille : comment filtrer l'air ? Quel matériaux choisir ?

Après avoir longuement réfléchi sur la question, je suis arrivé à une solution assez improbable mais d'une grande simplicité : un sachet de thé.

Le sachet de thé à toutes les propriétés d'un bon filtre : il laisse passer un certain flux d'air, tout en bloquant les petites impuretés. C'est ainsi que je me suis lancé dans la fabrication d'un filtre avec un sachet de thé.

Pour découper ce filtre, j'ai commencé par déplier soigneusement un sachet de thé pour ne garder que le sachet (photos 1-7). J'ai ensuite découpé deux petits ronds et un très grand, avec son milieu découpé (voir photos 8-14).

Une fois le grand cercle coupé d'un coté et enroulé autour sur lui-même, on obtient un filtre conique de plusieurs épaisseurs prêt à être collé sur la pièce 3D porte-filtre !

Etape 13 : Collage du filtre

On colle les filtres découpés précédemment sur la pièce 3D porte-filtre en utilisant de la super glue.

Attention à ne pas utiliser trop de colle ! le sachet de thé reste avant tout du papier qui s’imbibe très rapidement. 

Etape 14 : Finalisation du bloc de filtrage

Le filtre désormais collé au porte-filtre, il ne reste plus qu'à lui ajouter la fixation Lego technique male/male pour y acrrocher le tuyau d'aspiration (photos 1-3).

Enfin, on finalise l'assemblage du bloc de filtrage en vissant le porte-filtre au réservoir de poussière à l'aide de deux vis cruciformes.

Etape 15 : Montage final du mini aspirateur USB

Pour en finir avec l'assemblage du mini aspirateur USB, on colle à la super glue la partie supérieur du bloc de filtrage à la partie inférieur du bloc d'aspiration.

Notre mini aspirateur USB est prêt à fonctionner !

Il suffit de lui connecter un tuyau et de le brancher à une source d'énergie pour le voir aspirer toute les saletés autours de lui !

Etape 16 : Résultat final

Ici connecté à un port USB de mon ordinateur, mon mini aspirateur imprimé en 3D nettoie sans problème un tas de sucre renversé sur mon plan de travail. Au delà d'avoir un appareil de ménage en plus dans ma maison, la satisfaction d'avoir réaliser un objet fonctionnel tout droit sorti de son imagination est immense.

J'espère que ce projet vous aura plu autant que moi ! N'hésitez pas à me donner vos retours si vous veniez à en construire un ;)

Vous aimez ce tutoriel ?


Gabriela

23 oct. 2016 à 11:12

Bonjour, Je ne peux pas faire ❤ !

loboat

23 oct. 2016 à 17:20

étrange... Avez-vous réessayé depuis ?

beberx77

23 oct. 2016 à 17:53

Bravo !!

MakerDu59

01 fév. 2017 à 09:37

C cool


Champion

Gagnant du Concours Concours impression 3D


Oh ça buzz

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