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Créer des boîtiers imprimés en 3D

Si vous êtes concepteur de produits ou ingénieur, il est fort probable que vous ayez un jour ou l’autre à concevoir des pièces à emboitages. Que ce soit un emboitage simple ou complexe, il vous sera facile de fabriquer ce type de prototypes à l’aide d’un logiciel de CAO et d’une imprimante 3D, en cinq étapes.

Étape 1 : Conception de votre boîtier

Measuring Electronic Component
Mesurez le composant électronique (à gauche). Commencez à concevoir le modèle en créant grossièrement des compartiments.

Nous allons ici étudier le cas du circuit Pine 64, un ordinateur monocarte (télécharger le fichier .STL. Le présent tutoriel utilise Solidworks, logiciel de CAO populaire, mais vous pouvez utiliser un autre logiciel de conception 3D similaire.

La première étape consiste à faire toutes les mesures nécessaires à la conception de votre boitier : position des trous, des ports , hauteurs maximales et prises auxquels il faudra accéder à travers le boitier. Cela se traduit dans Solidworks par des blocs basiques, prenant la surface nécessaire pour couvrir vos mesures.

Étape 2 : Le fond du boitier

Dans Solidworks, il est préférabe de concevoir le boitier en deux parties assemblables qui s'emboiteront ensuite.
En commencant avec la base, il est important de décider d'abord la tolérance entre le périmètre du circuit imprimé et le boîtier. Les imprimantes SLA et SLS produisent des pièces avec exactitude, vous pouvez donc être assuré d'une tolérance à 0.5mm sans problème.

Comment créer des emboitages précis en interne?

Lisez notre Livre Blanc sur les bases de l'impression 3D SLA.

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Si vous disposez d'une imprimante FDM (dépôt de fil fondu), la pièce peut se gauchir et se décoller de la plateforme. Il vous faudra prévoir un ajustement plus lâche, de 1,5 à 2 mm, pour être sûr que le circuit rentrera dans le boitier, même si les parois de celui-ci sont un peu déformées.

Partie inférieure du boitier imprimé en 3D
Augmentez l’espace entre le bord du circuit et le boitier (à gauche). Dessinez les parois du modèle 3D du fond du boitier (à droite).

L’étape suivante consiste à découper les ouvertures pour les ports. Une erreur souvent constatée est de découper les ouvertures juste à la taille des connexions, que ce soit pour une prise USB ou HDMI, sans prendre en compte de la place nécessaire aux câbles du connecteur mâle. Il est plus prudent d’être large sur la taille des ouvertures : augmenter de 2 mm tout le tour du bloc vous offrira suffisament de marge.

Ajuter des sorties pour les ports.
Effectuez les enlèvements de matière et les découpes sur la pièce de fond du boitier au niveau des ports.

Comme on peut le voir sur la figure ci-dessus, nous avons pratiqué des extrusions tout le long du bord supérieur et une découpe pour une carte Micro SD. Certaines découpes vont jusqu’au bord supérieur, parce que certains ports dépassent du circuit et qu’il faut leur réserver de la place pour qu’ils puissent s’y insérer. D'autres seront fermés par le haut du boitier. Vous pouvez aussi concevoir un fond de boitier plus grand de façon à ce qu’il emboite complètement le circuit et ses ports. Prenez garde au fait que, dans ce cas, il vous faudra pousser les câbles de connexion plus loin à l’intérieur du boitier.

Étape 3 : Le haut du boitier

PArtie supérieure du boîtier
En général, le haut du boitier est le symétrique du fond.

Une fois terminée la conception du fond du boitier, celle du haut est facile. L’illustration ci-dessus montre la ligne de séparation tout au long du bord entre les deux parties du boitier. Le haut du boitier présente les mêmes découpes, permettant de laisser de la place aux ports les plus grands, ainsi que des ajouts de matière pour fermer les ouvertures correspondantes sur le fond de boitier. Il a été décidé ici de rajouter une partie en creux au milieu.

L'AJUSTEMENT EN INGÉNIERIE : OPTIMISER LA CONCEPTION POUR DES ASSEMBLAGES FONCTIONNELS IMPRIMÉS EN 3D (anglais)

Un tolérancement dimensionnel correct à la conception va diminuer le temps de traitement après fabrication, faciliter l’assemblage et réduire les coûts en matériau en cas d’itération.

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Étape 4 : Détails de l’emboitage

Cet emboitage des plus simples (pièces mâle et femelle fixes) consiste à augmenter la longueur de la pièce qui s’engage dans la cavité pour assurer une meilleure fermeture.
Cet emboitage des plus simples (pièces mâle et femelle fixes) consiste à augmenter la longueur de la pièce qui s’engage dans la cavité pour assurer une meilleure fermeture.

Il existe de nombreux systèmes d’emboitage élastique. Nous avons choisi le plus simple des emboitages avec pièces mâle et femelle fixes à l’intérieur du boitier. Vous pouvez voir sur la figure ci-dessus les principales pièces du mécanisme. En fonction de l’espace dont vous disposez, il est possible d’allonger la pièce mâle qui s’engage dans la cavité pour assurer une meilleure fermeture. Elle mesure ici 1,2 mm. La fermeture serait plus sure avec une longueur de 2,0 mm ou plus. Dans le cas présent, les broches du circuit prennent beaucoup de place. La fermeture a été calculée pour que ces pièces d’emboitage s’imbriquent suffisamment, tout en exerçant une force suffisante pour maintenir les deux parties ensemble.

Coupe éclatée montre des pièces d’emboitage sur les deux parties de l’assemblage.
Cette coupe éclatée montre les pièces d’emboitage sur les deux parties de l’assemblage.

La vue éclatée en coupe ci-dessus montre les pièces d’emboitage, ainsi que le circuit et l’emplacement des broches (en noir), qui limitent la taille de ces pièces. Il est aussi possible d’éliminer la pièce femelle d’emboitage sur le fond du boitier, ce qui permet d’allonger la pièce mâle.

Le rebord du fond du boitier peut être surélevé en partie pour s’emboiter dans sa partie haute et assurer la fermeture.
Le rebord du fond du boitier peut être surélevé en partie pour s’emboiter dans sa partie haute et assurer la fermeture.

Surélever ce rebord permet de l’insérer dans le haut du boitier et d’empêcher le glissement des parties du boitier l’une sur l’autre. Nous avons placé les deux mécanismes d’emboitage sur des côtés opposés. Vous pouvez choisir de les placer sur les autres côtés. Pour ce circuit de plus grande taille, nous les avons placés à chaque coin. Le rebord ne dépasse que de 3 mm, mais cela suffit pour empêcher tout déplacement.

Boitier final
Cet emboitage élastique simple peut être adapté à pratiquement tous les composants électroniques de petite taille.

Étape 5 : Finition du boitier

Votre boitier est déjà fonctionnel ainsi, mais il est possible de lui rajouter d’autres détails qui le personnaliseront. Dans ce cas, nous avons rajouté du texte en surimpression pour signaler le nom du circuit Pine 64 et l’emplacement de la carte SD, par exemple. le design est un élément visuel mais il sert aussi à la ventilation du circuit pour évacuer la chaleur générée par le circuit. De plus, ces ouvertures diminuent la quantité de résine utilisée. D’autres signes permettent de localiser l’emboitage et l’endroit où les doigts doivent appuyer pour ouvrir le boitier.

Boitier final
La finition consiste à ajouter des détails au boitier. Le modèle est alors prêt pour son impression 3D.

Découvrez tout ce que vous pouvez réaliser avec une imprimante 3D SLA. Explorezl’ensemble des résines pour choisir celle qui convient le mieux à vos besoins.


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