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Making of : Lévitation électromagnétique et impression 3D

Ce making-of vous montre comment j'ai pu faire mon propre vase en lévitation avec un éclairage intégré, y compris dans le vase et ce à l'aide de composants “tout fait”, couplé avec de l'impression 3D. Ce projet pour être bien fait nécessite donc une imprimante 3D et requiert de manier un fer à souder, mais vous pourrez quand même vous amuser si vous n’avez rien de tout ça ! Le projet peut sembler impressionnant à faire, mais il n’y a rien de bien compliqué si vous êtes un peu bidouilleuse/bidouilleur !

Ce making-of est disponible de deux façon, complémentaire : une vidéo et un article. La vidéo est basée sur une première version du système qui a eu quelques couacs. Suite à ce premier making-of, j’ai effectué des améliorations et obtenu un système propre, efficace avec un système d’éclairage par induction qui marche (enfin !). Je vous invite à regarder la vidéo PUIS de regarder l’article ci-après. Vous verrez dans la vidéo que tout ne s'est donc pas passé comme prévu avec la partie éclairage et induction. Le but étant de vous montrer que tout ne marche pas toujours comme souhaité. Vous verrez aussi la partie sans impression 3D.

N'hésitez pas à consulter la liste des composants située ci-après. Merci de lire attentivement les informations de commande/délais de livraison associés.

La vidéo du projet initial

Cette vidéo est celle du projet initial, présentant un résultat sympathique, mais au final, inachevé. Elle vous donnera déjà un bon aperçu de ce qui vous attend pour le projet complet, que vous trouverez ci-après. D’ailleurs, cette second version du projet vous semblera plus clair et simple à suivre après avoir vu la vidéo.

Les fichiers 3D

Vous pouvez télécharger ci-après, les fichiers pour imprimer vous même les éléments nécessaires à l’impression 3D :

  • Le vase et la base du making-of complet, dédié à une plante artificielle IKEA
  • Une vase très similaire, mais pour toute plante naturelle, visible dans la vidéo
  • Une base sans support pour les LEDs circulaires
  • Une base et un support de lévitation ultra simple pour supporter les objets de votre choix.

Il ne vous restera plus qu'à imprimer les modèles avec votre imprimante 3D, de type FDM ou SLA.

Merci de lire les informations dans le making-of sur les consignes d’impression.

Le matériel

Voici la liste du matériel nécessaire à ce projet. Il est bien sur possible de totalement dériver et de faire vos propres bases et supports de lévitation, ce que je vous conseille vivement !

La majorité des liens est en provenance d'Aliexpress et donc de Chine. Je commande assez souvent sur ce site, sans souci. Optez surtout pour l'expédition de type "Aliexpress Standard Shipping" qui permet une livraison souvent en 2-3 semaines. Attention à toujours vérifier le mode d’expédition et choisissez toujours celui-la (ou e-packet). Evitez les autres car dans certains cas, cela peut être 2 mois de délai de livraison. Evitez aussi les UPS/DHL/EMS souvent hors de prix et avec bien souvent des frais de douane.

 

Vous n’avez pas d’imprimante 3D ? Le fer à souder est votre ennemi ?

Comme vous pouvez le voir ci-dessus et dans la vidéo, vous pouvez toujours placer l'électroaimant dans un récipient/vase/pot et le cacher d’une façon ou d’une autre comme avec des gravillons (non conducteurs !). Pour l’aimant de lévitation, il pourra être placé au fond d’un petit vas, pot ou sous un objet. Attention toutefois au centre de gravité qui doit être le plus centré et surtout être le plus bas possible, proche de l’aimant.

Comme vous pouvez le voir avec le cactus, la corps est assez lourd et est surtout au dessus des racines, donc haut et pas très stable.

Composition du projet

Voici les éléments principaux qui composent le projet final :

  1. Plante artificielle Ikea
  2. Pot imprimé en 3D qui reçoit l’aimant de lévitation, la bobine de réception de l’induction et les LEDs éclairant la plante.
    La base, aussi imprimée en 3D qui reçoit l’électroaimant, la bobine d’induction d'émission, les LEDs circulaires. 
  3. Les deux LEDs présentent dans le pot, alimentées par le système d’induction (optionnel).
  4. La LED circulaire alimentée intégrée au pot (optionnel).
  5. L’arrivée électrique via un transformateur 12V 5A.

Le poids et la stabilité

En fonction de l’électroaimant de lévitation que vous allez choisir, vous pourrez supporter un poids plus ou moins important, ce qui aura aussi un impact sur la stabilité. Celui utilisé dans ce making-of est relativement stable et supporte environ 500g, ce qui donne une certaine marge de manoeuvre pour l’objet à l’éviter.

J’ai toutefois test un autre système permettant de soutenir 1kg, visible à gauche sur la photo ci-dessous. Le système est très instable, ce qui est visible dans la vidéo. Optez pour le système à droite sur l’image, le premier lien dans la liste des composants plus haut dans l’article..

Protégez la base !

Lorsque la partie en lévitation "tombe" car mal placée par exemple, c'est assez violent... et vu que cela peut tomber sur l'aimant, il peut y avoir de la casse, que ce soit un petit éclat d'aimant ou une casse complète de l'anneau. Il en va de même pour votre vase ou toute partie composant votre système de lévitation. Pensez à poser sur votre base de lévitation un bout de polystyrène ou de mousse lorsque vous mettez le tout en lévitation.

La création 3D

Le vase et la base ont été créés dans ZBrush avec un design relativement simple, mais en pensant toutefois aux contraintes du centre de gravité. Les motifs d’inspiration Japonais ont été réalisés à l’aide du logiciel “Lazy Nezumi Pro” qui est un logiciel appliquant des contraintes à votre souris selon des courbes et guides prédéfinis.

La base est faite pour recevoir l'électroaimant qui sera vissé par le dessous et les LEDs circulaires. Notez le trou pour le passage des câbles.
Petit détail important, le design est fait pour que l'électroaimant soit collé au maximum sur le dessus de la base, pour maximiser la distance de lévitation.

L’impression 3D

Les fichiers 3D (disponible plus haut) sont fait pour être imprimés sur une imprimante FDM ou SLA (grand format toutefois).

Ceux-ci ne présentent pas de difficultés particulière à l’impression, sauf la base qui nécessite des supports autour de l'ouverture pour le passage du cable électrique et pour les parties permettant de visser la base de lévitation.

Quelques supports au milieu peuvent être nécessaires pour soutenir la grande partie en aplat bien qu’en fonction de votre imprimante et de vos réglages, cela peut être optionnel. Attention toutefois à la vitesse d'impression et la hauteur de couche, crucial pour la gestion des long surplombs comme le haut de la base.

Consultez la capture d’écran dans le slicer Simplify 3D ci-dessous pour voir où placer les supports.

Qualité d’impression

Pour un tel projet, il est important d’avoir une bonne qualité d’impression et minimiser ainsi le post traitement. N’imprimez pas trop vite et optez pour des couches pas trop hautes, de 0.120mm à 50mm/s dans mon cas. Si vous imprimez trop vite sur une imprimante mal réglée, vous risquez d’avoir du ghosting, comme visible ci-dessus à gauche et surtout ne négligez pas vos paramètres de rétractation pour éviter les blobs et irrégularités de surface comme visible à droite.

Modification manuelle du modèle imprimé

Pour le vase et si vous souhaitez opter pour un système d’induction pour éclairer votre plante, vous allez devoir placer la bobine -sous- le vase et donc passer quelques fils. Pour se faire, le mieux est de faire un trou à la main avec une petite perceuse ou un foret manuel tel celui que j’utilise, visible ci-dessus.

Attention toutefois à faire le trou au bon endroit, à côté de l’aimant de lévitation et d’avoir un diamètre assez large pour passer les câbles.

Peinture et finitions

Voici le résultat une fois un peu de ponçage effectué avec du papier de verre mouillé en grain de 240 puis 600 et ensuite une couche de peinture à maquette Tamiya Noir Mat. Le trou visible en haut à droite est pour visser le connecteur d’alimentation et celui en haut à gauche, pour passer les fils des LEDs circulaires. Vous pouvez voir en bas à droite le trou pour passer les câbles pour l’induction.

Si vous souhaitez une meilleure finition, ajoutez un peu d’enduit qu’il faudra poncer par la suite sur la partie supérieure de la base et inférieure du vase pour faire disparaître les lignes d’impression, ce que je n’ai pas fait…

Peinture et finitions

C’est la partie qui m’a posée le plus de souci, surtout à cause de mon ignorance sur le fonctionnement de l’induction. Tout d’abord, il est important de tester votre système à induction pour vérifier qu’il marche. Il est à alimenter en 12V et vous pouvez pour ça utiliser le transformateur de l’électro aimant.

Et surtout, testez l’orientation de la bobine de réception car il y a un sens ! Donc en fonction d’un sens ou l’autre, vous aurez une distance de transmission du courant plus ou moins importante. Notez le sens ayant le plus de distance…

Ensuite il est temps de récupérer les LEDs fournies avec la bobine. J’ai marqué le sens positif sur les LEDs et les fils, pour pouvoir ressouder par la suite dans le bon sens. Vous pouvez voir sur les flèches de la première photo ci-dessous à gauche les marques rouges, faites au marqueur indélébile. Puis au centre, j’ai dessoudé les LEDs pour ensuite en ressouder deux en parallèle via du fil électrique et les connecter (pas maintenant !) de nouveau à la bobine d’induction. Donc attention au sens électrique !

J’ai aussi volontairement limité à deux LEDs pour être sûr qu’elles aient assez d’intensité pour bien éclairer en fonction de la distance, contrairement à 4 qui nécessite plus de puissance.

L’ensemble des composants du vase

Voici la liste de ce qui compose le vase :

  1. La bobine de réception de courant par induction. Le scotch m’aide à me rappeler du sens.
  2. Les deux LEDs, soudées en parallèle et qui seront soudées par la suite à la bobine.
  3. Le vase imprimé en 3D.
  4. L’aimant de lévitation
  5. Le cache aimant, optionnel, en fonction du moyen d’accroche de l’aimant, lui aussi imprimé en 3D.
  6. La plante verte artificielle IKEA, dont le pot a été enlevé

Attacher la bobine d’induction au vase

Ici, vous devez passer les fils de la bobine dans le trou créé au préalable et coller la bobine, dans le bon sens, sous le pot et bien au centre. J’ai utilisé de la super glue 3 en gel pour coller l’ensemble, en appliquant un peu partout, sans toutefois déborder, c’est une colle qui blanchit assez rapidement les surfaces. Un point de colle à l’intérieur pour boucher le trou des câbles peut être nécessaire.

Je précise que bien que cela ne soit pas visible sur les photos, j’ai appliqué ensuite une nouvelle couche de peinture noire sur le dessous du vase et de la bobine à induction pour finir le tout.

Les LEDs et la plante verte

La plante Ikea, une fois son pot enlevé, propose déjà un trou au bon format pour recevoir une LED, insérée par le dessous, mais il en fallait un second, que j’ai fait en symétrie, en utilisant de nouveau mon foret manuel comme visible ci-après.

Il ne reste plus qu’à placer les LEDs dans les trous de façon à n’avoir que la LED qui s’y trouve, puis coller le tout à la colle chaude. Ce n’est pas très visible sur la photo ci-contre, mais essayez de ne pas mettre de colle sur le dessous de la LED, pour faciliter son refroidissement. Par contre n’hésitez pas à badigeonner les connecteurs et câble pour que cela ne bouge pas.

Soudure de l’induction et LEDs

Il est temps de souder la bobine d’induction et les LEDs du vase. J’ai essayé pour cela des cosses à souder, mélangeant l’étain et de la gaine thermique (1). Il suffit de placer les cable en contact dans le petit tube, avec les contacts à souder au niveau de la bague d’étain (2), puis ensuite chauffer le tout (3), le mieux étant avec un heatgun (pistolet chauffant) et au final, vous aurez des soudure faciles avec en plus en protection étanche (4). Tirez quand même un peu sur les fils pour vérifier que la soudure soit bien effective.

L’aimant de sustentation au fond du vase

Pour fixer l’aimant au fond du vase, vous avez deux solutions. La première consiste à mettre sous l’aimant une petite bande de silicone comme visible ci-dessus. C’est super collant, mais toutefois, réversible. J’aime beaucoup cela, je l’utilise pour beaucoup de choses.

L’autre solution consiste à mettre comme visible ci-dessous l’aimant au fond et le couvercle imprimé par dessus et coller le tout (colle chaude, Super Glue, etc). Attention toutefois à ce que l’aimant ne bouge pas du tout.

Il ne vous reste plus qu’à placer la plante sur le dessus du vase, sur le rebord dédié. Vous pouvez coller le tout si vous le souhaitez et à ce niveau là, la partie en lévitation est terminée.

Mise en place de la base

Pour cette partie, on va devoir connecter plusieurs composants à une seule alimentation. Sur la photo ci-dessus, on peut voir l'électroaimant, mais surtout la bobine d’induction et sur la droite, le connecteur d’alimentation.

Si l’on retourne l’électroaimant, on peut voir, sur l’arrivée de l’alimentation, deux points de soudure, marqués GND (1- Ground / Masse, le noir négatif) et VDD (2 - le rouge positif). Vous pouvez alors souder les câbles de la bobine d’induction à cet endroit, c’est assez facile car il y a déjà de l’étain, ce qui donnera ce que l’on peut voir en 3. Attention toutefois, j’ai effectué mes soudures autrement avec simplement du fil qui part de ces deux points et qui serviront à souder à leurs autres extrémités la LED circulaire et l’induction (voir plus bas).

Surtout vérifiez rapidement que l’induction marche bien avec les LEDs présentent dans le vase, comme visible ci-dessous au niveau de la flèche. Il est important de contrôler régulièrement que vos connections et soudures marchent bien.

Attention à utiliser une alimentation plus puissante que celle fournie avec la base de lévitation. Celle que je conseille délivre jusqu’à 5A (voir la liste des composants).

LEDs circulaire pour la base

Voici le point que fût un peu plus technique que je pensais. Tout d’abord, l’anneau de LED est très éblouissant, trop en fait. De plus, sa consommation est assez importante et comme visible dans la vidéo, trop pour l’alimentation d’origine de l'électroaimant. Mais avant d’arriver à la partie technique, je vous conseille de brancher l’anneau sur une alimentation 12V pour voir si toutes les LEDs marchent bien. Vous pourrez constater dans la vidéo qu’il y a une LED de grillée.

Ensuite, avant de passer aux soudures finales, pensez à placer l’anneau sur la base et passer les fils, car oui, j’ai fait la première soudure sans avoir passé les fils…

LEDs circulaire pour la base

Voici le schéma électrique du montage qui est sur le fond assez simple, avec au centre l’électroaimant (1) qui est alimenté par une alimentation externe (2) en 12V et de 4A minimum.

L’alimentation arrive sur le VDD (positif, rouge) et la masse (GND, noir) et à partir de là, on fait partir deux fils qui vont servir à connecter l’anneau de LED (3) qui est piloté par un driver (4). Il est important d’y placer avant sur le positif (rouge) une résistance de 100 Ohm (5) pour limiter l’intensité du courant en entrée sur les LED. Cela permet aussi de limiter l’intensité demandée à l’alimentation… et moins vous éblouir. 

Ensuite, toujours connecté en parallèle, la bobine d’induction (6), elle aussi précédée par un driver (7).

Petite note : on peut remplacer par un potentiomètre de 500 ou 1000 ohm la résistance de 100 ohm pour jouer sur l’intensité lumineuse. A vous de faire les modifications sur la base pour effectuer l’intégration.

Vous pouvez voir ci-dessus les branchements avec en 1, l’alimentation qui sort de l’électroaimant qui rejoint un noeud électrique en 2 (positif) et 3 (négatif). Et à ces noeuds est connecté l’éclairage LED circulaire en 4, avec juste avant sur le positif, la résistance de 100 Ohm, en 5. De l’autre côté du noeud, se trouve en 6 le driver de l’induction, avant d’arriver sur la bobine d’induction, en 7.

Gaine thermique

Attention à bien protéger les composants des faux-contacts électriques. Par exemple, protégez le driver (1) de la bobine d’induction de gaine thermo, qui va se contracter sous la chaleur (2)

Il en va de même pour les soudures sur les noeuds pour l’alimentation des LEDs et la résistance, visible ci-contre.

Le tout est assez important car on va, par la suite, placer ces câbles sur la partie inférieure de l’électroaimant, qui a de nombreux connecteurs à nu. Donc ainsi, on évite tout court circuit.

Alimentation électrique

Il faut maintenant placer le câble d’alimentation électrique de l’électroaimant (2) avec à son extrémité le connecteur pour l'alimentation externe (1).

Ce connecteur passe dans le trou de la base et se visse par l’arrière, avant de le brancher à l’électroaimant.

Finalisation de la base

Une fois tous les câbles soudés et branchés, on peut enfin placer la base sur l’électroaimant, aligné sur les supports dédiés et vissés ensuite. Attention à prendre des visses courtes, au risque de passer au travers de la base.
Ensuite, tous les câbles sont plaqués sur l’électroaimant (d'où la gaine thermo) et le tout est fixé à la colle chaude… appliquée un peu partout pour que rien ne se balade.

Votre base est terminée, il ne reste plus qu’à la brancher à l’alimentation et placer en lévitation sur le dessus le vase… et admirer la magie (scientifique…) opérer !

Finalisation de la base

Ce fût un projet qui m’a permis de me replonger un tout petit peu dans l’électronique et surtout apprendre de mes erreurs. Certes, on pourra surement améliorer un peu les choses avec par exemple un variateur d’intensité pour les LEDs de la base, un interrupteur général mais au final, on a un résultat vraiment impressionnant.

En ce qui me concerne, j’avoue avoir fait beaucoup de tests, imprimés beaucoup de bases et vases pour obtenir les bonnes tailles, fait pas mal de soudures, attendu pas mal le livreur pour tout ce que j’ai du commander et recommander et expérimenter, mais au final, le jeu en valait vraiment la chandelle.

Allez, à vous de vous lancer maintenant !

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1 Commentaire

  1. Gael

    Bonjour,

    Super intéressant comme projet.
    Pourquoi ne pas placer la bobine de réception des leds à l’intérieur du pot avec l’aimant ? Cela perturbe trop l’induction ?

    Merci

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