Dans le cadre du Diplôme Universitaire FabManager, Florian vous propose un focus sur une technique CNC .

Si de prime abord, on peut se demander quel est l’intérêt de cette machine, tant son champ d’action semble limité, la CNC fil chaud peut rapidement intégrer l’environnement du fablab pour de nombreux projets. Ces machines CNC se révèlent vite indispensables pour la découpe précise de matériaux comme le polystyrène et les mousses. Elles utilisent un fil chauffé pour fondre et couper le matériau, permettant des découpes si précises qu’on pourrait dire qu’elles découpent le polystyrène comme un fil à couper le beurre.

La machine

De nombreux modèles existent, du DIY au professionnel, avec une grande représentation de machines « artisanales » développées par des makers pour des utilisations spécifiques. Elles sont principalement composées d’un cadre (métallique, profilé alu, découpe laser..), d’un fil chauffant et d’un système de contrôle numérique. Le fil chauffant, généralement en nickel-chrome, est tendu entre deux bras et chauffe à une température suffisante pour fondre par radiation le matériau à découper (il n’y a pas de contact direct entre le fil et le matériau) Cette température est ajustable, et les mouvements de la machine sont contrôlés par un logiciel de commande numérique.

On retrouve différents modèles, mais on va se limiter à examiner les différences entre les 3 axes et les 4 axes :

CNC fil chaud 3 axes

La découpeuse CNC fil chaud 3 axes utilise trois axes de mouvement : X, Y et Z. Avec ces trois axes, la machine peut découper des formes 2D dans un matériau, essentiellement des profils en 2D avec une certaine épaisseur. Très simple d’utilisation et d’entretien, peu coûteuse et facile à réaliser en DIY, elle sera suffisante pour de nombreux projets simples.

CNC fil chaud 4 axes

La découpeuse CNC fil chaud 4 axes ajoute des moteurs rendant indépendants et asynchrones les déplacements en Y et en Z, ce qui permet de découper des formes beaucoup plus complexes comme des objets asymétriques ou des formes hélicoïdales. Plus complexe à gérer et à piloter, elle permet de découper des formes tridimensionnelles complexes.

Types de matériaux compatibles

Les CNC fil chaud sont principalement utilisées pour découper des matériaux comme le polystyrène expansé (PSE) et le polystyrène extrudé (XPS). Elles peuvent également couper d’autres types de mousses, tels que la mousse de polyuréthane et le polypropylène expansé (PPE). Chaque matériau présentant des caractéristiques bien spécifiques, il faudra adapter la vitesse et la température de coupe après une série de tests.

Applications et utilités dans un fablab

Les CNC à fil chaud trouveront rapidement leurs applications et seront particulièrement utiles pour :

• Modélisme : fabrication de modèles réduits ou de maquettes, plus spécialement en aéromodélisme.
• Décoration : réalisation de décorations pour des événements (fêtes, théâtre, props et cosplay) et lettrage (enseigne, signalétique et vitrines).
• Prototypage : création de prototypes dimensionnels rapides et peu onéreux.
• Création de moules et contre-moules : travail des composites fibres, jesmonite, thermoformage.
• Architecture : création de maquettes détaillées pour des projets architecturaux, volumes et décors.
• Emballage : conception d’emballages et mousses de calage sur mesure pour les produits fragiles.

Logiciels et formats de fichiers

Pour piloter les CNC à fil chaud, plusieurs logiciels sont disponibles, mais généralement, il s’agit de logiciels propriétaires. Les fonctions et déplacements de la machine se gèrent via des G-code, et les formats de fichiers couramment utilisés pour les découpes sont des fichiers vectoriels (DXF, SVG).

Difficultés et limitations de la CNC fil chaud

L’utilisation d’une machine CNC à fil chaud comporte quelques difficultés et limites fonctionnelles qu’il est important de connaître pour optimiser son utilisation :

• Réglage de la température : trouver la température optimale pour couper différents matériaux peut être délicat. Une température trop élevée pourra brûler le matériau, tandis qu’une température trop basse rendra la découpe inefficace.
• Calibration de la machine : une calibration précise de la machine est cruciale pour obtenir des découpes justes. Cela pourra nécessiter des ajustements minutieux et des tests répétés.
• Logiciels et programmation : l’apprentissage des logiciels de contrôle et la compréhension tridimensionnelle de la découpe à réaliser peuvent être difficiles pour les utilisateurs novices.
• Maintien des matériaux : certains matériaux peuvent être difficiles à maintenir et à fixer correctement sur le plateau, nécessitant le recours à des aides techniques spécifiques pour éviter les mouvements pendant la découpe.

Précautions

Lors de l’utilisation des machines CNC à fil chaud, il est important de suivre certaines précautions :

• Ventilation : assurez-vous que la pièce est bien ventilée pour éviter les fumées toxiques, ou disposez d’un extracteur d’air.
• EPI : portez des gants pour éviter les brûlures, un masque respiratoire à cartouche pour éviter les émanations et vapeurs, et des lunettes de protection (fumées irritantes).
• Supervision : ne laissez jamais la machine sans surveillance, car le fil montant en température, des risques d’incendies sont toujours possibles.
• Maintenance : vérifiez l’état du fil chauffant et remplacez-le si nécessaire pour maintenir une qualité de découpe optimale et limiter les risques d’incidents.

Impacts écologiques

Si les matériaux et mousses utilisés n’ont pas le meilleur impact écologique, leur surabondance dans notre vie quotidienne les rend facilement disponibles, recyclables et réutilisables. Leur utilisation avec des machines CNC à fil chaud permet le réemploi de ces matériaux souvent produits à seul but d’emballage, et de leur offrir une utilité et vie supplémentaire ; sans négliger de penser à une filière de collecte adaptée en vue de leur recyclage (des innovations sur ce sujet sont en cours…), contribuant ainsi à une approche plus durable de la fabrication.

Conclusion

Les machines CNC à fil chaud sont des outils polyvalents et essentiels dans un fablab, offrant de nombreuses applications pour les usagers. Après une formation rapide pour maîtriser les précautions de sécurité et les logiciels appropriés, ces machines permettent des découpes précises et créatives, ouvrant de nouvelles possibilités dans la fabrication numérique.

Alors, n’ayez aucune crainte concernant cette machine et lancez vous : avec une CNC fil chaud, tout va glisser comme avec un fil à couper le beurre… chaudement !

Florian Scharinger,
apprenant du Diplôme Universitaire Fabmanager, technique de facilitation et de fabrication numérique, promo #14