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Un boîtier en impression 3D pour le projet #OuiAreSins

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Difficulté:

Un boîtier sur mesure pour le jeu #OuiAreSins. Sins is not Simon, un jeu de mémoire développé sur une carte PyBStick26. Le boîtier a été créé sous Fusion360. Le but de ce tutoriel n'est pas l'apprentissage de Fusion360 qui nécessiterait bien plus de place... et de temps. Je vais vous expliquer comment j'ai créé ce boîtier en tenant compte des impératifs de temps, de disponibilité du matériel, des contraintes d'impression...

Matériel :

Budget : 3€

  • 1 Imprimante 3D
  • 100 grammes de PLA

Etape 1 : Le point de départ, un circuit imprimé nu

Carte de circuit imprimé (PCB) de SinS. Cette carte réalisée par Olivier, le schéma et un câblage sur breadboard (plaque prototype) de SinS sont les seuls éléments dont je dispose au début de l'aventure. Le problème c'est que pour réaliser un boîtier adapté, il faut connaître le contenu...

Etape 2 : Fusion360 pour la modélisation et GrabCAD pour les composants

Utilisateur de FreeCAD, je saisis l'occasion de ce Challenge des Makers pour me lancer et apprendre Fusion360. La carte de circuit imprimé envoyée par Olivier s'ouvre parfaitement, et je dispose d'un plan avec les cotes. Mais les composants ne sont pas dessus. Je décide de modéliser l'ensemble du matériel pour avoir une représentation exacte de ce que sera SinS une fois assemblé. Un peu de recherche sur GrabCAD permet de trouver un certain nombre de composants, dont l'écran LCD avec son interface I2C. Par contre les boutons poussoirs et leur cabochon sont absents. J'ai modélisé ce bouton poussoir complet et mis le fichier à disposition des utilisateurs de GrabCAD. C'est le principe de l'opensource et du partage... 

Fichiers :

Etape 3 : Trouver la quincaillerie

Pour la "quincaillerie" ce sera plus simple, puisque Fusion360 dispose d'un catalogue de pièces fourni par McMASTER-CARR. Il faudra cliquer dans le menu Insérer > Insérer un composant McMaster-Carr pour choisir parmi des milliers de vis (inch ou mm), écrous, rondelles, cosses, entretoises etc. J'y ai trouvé tout le petit matériel nécessaire pour monter le modèle en 3D du jeu SinS.

Etape 4 : Création du modèle

A partir de la carte de base, les composants sont successivement ajoutés et fixés pour représenter au mieux la réalité. A ce moment de la réalisation du boîtier, les cartes de circuit imprimé sont encore en fabrication et ne sont pas encore arrivées. La modélisation permet d'anticiper et éventuellement de détecter des problèmes.

Etape 5 : Première réflexion sur le boîtier

Le fait de disposer d'un modèle en 3D premet de réfléchir sur la conception du boîtier.La coupe montre une première approche du boîtier avec ses deux niveaux et la partie inclinée. Le modèle autorise des gros plans pour affiner les choix et la forme du boîtier.

Etape 6 : Tester les clips du boîtier

Pour maintenir ensemble les deux parties du boîtier, je souhaitais éviter les vis. c'est plus simple d'utiliser des clips qui se déboitent manuellement sans outil. Pas besoin de tournevis, une pression suffit à déclipser les deux parties. J'ai validé le choix en réalisant un mini boîtier muni des clips en question. La vidéo montre que ce système est efficace. Je l'ai donc retenu pour le boîtier définitif. Les fichiers de ce mini boîtier sont à disposition sur Thingiverse et chacun peut réutiliser ce mode de fermeture.

Etape 7 : Dessin du boîtier

Pour faciliter l'accès aux composants il fallait prévoir une ouverture facile du boîtier en évitant les vis. D'où le choix des clips. La partie inférieure comporte les éléments suivants : 

1- Trous pour les vis de fixation de la platine (5). Sous la plaque de base, il y a un logement pour que les têtes des vis disparaissent et ne risquent pas de rayer un meuble si on pose le boîtier.

2- Butées dans les coins (4) pour centrer et bloquer la partie supérieure du boîtier lors du montage

3- Une partie mâle du clip de chaque côté.

4- Des renforts au niveau des passages de prises pour éviter la casse (ça c'est produit sur un prototype)

5- Un passage pour la prise d'alimentation

6- Un passage pour la prise USB de la carte PyBStick26.

Sur la partie supérieure on trouve : 

1- Des trous pour les LED (4)

2- Des trous pour les boutons poussoirs

3- Une ouverture pour l'écran LCD 1602

4- Une ouverture pour le son du buzzer

5- Le nom du jeu SinS

6- Le logo de l'équipe SinS (une tête de robot stylisée)




Etape 8 : Impression du boîtier SinS

Après avoir modélisé le boîtier je suis passé à la phase d'impression. La partie basse a nécessité 3 heures d'impression et 21g de PLA, l'impression de la partie haute a pris 11 heures et 74 grammes de PLA. Il y a eu bien entendu plusieurs essais pour peaufiner les supports et les réglages. Mais en 2 jours je disposais d'un boîtier qui me semblait sympa. Dans les photos ci-dessus on voit que l'intérieur du boîtier est construit sur des supports qui sont enlevés ensuite. Mais c'est le prix à payer pour avoir des surfaces supérieure lisse, presque équivalente à un boîtier en plastique injecté.

Etape 9 : Gabarit de montage des LEDs

Pour être certain que les LEDs seront montées correctement, j'ai aussi créé un gabarit de montage. L'utilisation est simple, On part de la carte de circuit imprimée nue. On met le gabarit de montage en place avec les 3 vis. Les LEDs sont soudées en place (Cathode patte courte, méplat sur le boîtier vers la partie fermée du gabarit). Elles seront bien positionnées et soudées à la bonne hauteur. Il suffit ensuite de retirer les vis, puis de glisser le gabarit pour l'enlever. 

Etape 10 :

Une fois le boîtier terminé, je l'ai envoyé par la poste à Olivier qui travaillait sur l'assemblage du projet et la mise au point du logiciel. Le retour a été rapide et très satisfaisant puisque le boîtier était parfaitement adapté à la partie électronique. Il n'y avait aucune retouche ! Et je n'avais pas eu cette partie en main.

J'ai reçu par la suite la maquette SinS envoyée par Olivier, ce qui m'a permis de réaliser les photos de ce tuto.

En conclusion, ce projet de boîtier dans le cadre plus global du projet #OuiAreSins m'a permis d'approfondir mes connaissances en Fusion360. Il prouve aussi qu'une maquette modélisée permet de développer un boîtier qui répond parfaitement aux attentes.

Sources :

Le boîtier est disponible sur Thingiverse


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