Tuto gravure

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VoLAB

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Assocation VoRoBoTics

Date : 05/09/2017
Auteur : Gilbert
Relecteur : Géraldine (la tortue)
Thème : Tutoriel
Projet : gravure métal

Problématique

Conception et réalisation de pièces en photo découpe/gravure.

Préambule

Le but de ce TUTO est de vous aider à réaliser des pièces en photogravure, mon intention n’est pas de décrire ce qu’il faut faire mais d’expliciter ce que je fais, et comment je le fais, avec quelques astuces et pièges à éviter.

Pour cela voici ce que nous allons réaliser, la mascotte de mon labo. Cette réalisation permet d’aborder la gravure double épaisseur, les traits de pliage, les contraintes de positionnement des pièces entre elles.

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Le dessin

Le matériel

Un ordinateur avec un logiciel de dessin vectoriel.

Personnellement j’utilise INKSCAPE, mais il en existe bien d’autres.

Il est impératif d’utiliser un logiciel de type vectoriel pour au moins deux raisons :

  • Un mm dessiné à l’ordinateur sera égal à 1 mm imprimé.
  • Les courbes restent des courbes et pas des escaliers.

Les étapes du dessin

Je ne vais pas vous faire un cours sur comment dessiner sous INSKAPE, car certains d’entre vous utilisent certainement d’autres logiciels, je vais simplement essayer de vous montrer la démarche qu’il faut avoir pour transformer un dessin en typons prêts à être imprimés.

Dessiner vos pièces en respectant cette règle :

Aucun trait de largeur inférieure à l’épaisseur de la plaque que vous allez graver (par exemple : pas de trait de moins de 0.3 mm pour du maillechort de 0.3).

Le dessin et son organisation est une étape très importante.

Voici les différentes étapes pour la transformation d’un dessin en un jeux de typons imprimables avec ce petit rappel qu’il faut garder en mémoire lors de cette transformation.

Toutes les parties noires ne seront pas attaquées par l’acide lors de la gravure et toutes les parties blanches seront gravées donc rongées par l’acide.

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Remarque :

Sur l’étape N°8, les languettes que nous rajoutons ne sont que sur un typon, cela veut donc dire qu’elles seront gravées que d’un côté c’est-à-dire que leur épaisseur va diminuer de moitié. Cela a pour avantage de délimiter la forme de la pièce du coté qui est gravé ce qui est très utile lors de l’arasement de la languette à la lime.

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En suivant la même démarche nous allons réaliser les deux typons du socle qui est constitué d’une boite sans fond avec un plaque rapportée sur le devant avec le nom du robot.

Voici les deux typons du socle de notre robot.

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Remarques:

Sur les deux typons, nous pouvons voir les deux trous de fixation de la plaque, ils sont une copie des deux trous positionnés sur la plaque du nom. Sur notre dessin pour que l’on puisse les voir ils étaient en noir, il faut penser à les transformer en blanc sur chaque typon pour qu’ils deviennent des trous lors de la gravure.

La table renversée correspond à l’emplacement de la languette support des roulettes et aux deux équerres de renfort qui sont derrière les roulettes.

Sur le typon Verso nous pouvoir un rectangle blanc qui n’est pas sur le typon Recto, il s’agit des traits de pliage qui vont permettre de rabattre les 4 cotés. Ces traits vont diminuer l’épaisseur de la plaque de moitié à cet endroit.

La largeur des traits de pliage est généralement égale à l’épaisseur de la plaque à graver dans notre cas 0.3 mm.

Il nous reste maintenant ces éléments à transformer en typon.

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Nous retrouvons donc :

Le plastron du robot qui sera gravé en double épaisseur (texte et cerclage en relief)

La plaque avec le nom du robot qui sera fixée sur le support par deux petits clous qui iront dans les deux trous prévus à cet effet, elle est aussi en double épaisseur.

Les deux équerres de renfort qui iront derrière les roues du robot, avec leur languette de positionnement.

Puis la valise, elle sera composée de 4 épaisseurs de métal (les deux faces extérieures et deux plaques intérieures avec poignée) ces 4 plaques devront être positionnées avec une grande précision entre elles d’où les deux trous de 0.5 sur chaque pièce.

Lors de l’assemblage, nous contre-percerons deux des trous d’une plaque dans un martyre en bois, puis nous enfilerons deux tiges de 0.5 mm dans ces trous. Ces tiges nous guiderons pour réaliser notre empilage avec précision avant et pendant soudure.

Cette méthode permet de réaliser des pièces complexes sur plusieurs épaisseurs avec précision, par exemple des bogies de locomotives.

Toujours avec les mêmes règles nous réalisons les deux typons de la valise et des inscriptions.

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Remarques: pièges à éviter

Penser à retourner le texte suivant un axe de symétrie vertical, en effet vous verrez plus tard que c’est la face imprimée qui doit être contre la pièce à graver et que l’on travaille en transparence avec nos typons.

L’autre c’est de faire attention avec les trous de fixation ou de positionnement lors de gravure en double épaisseur. En effet lors du dessin les trous sont représentés par des points noirs que l’on blanchi lors de la réalisation du dessin du typon. Il faut penser à les blanchir aussi sur la partie en double gravure (partie blanche avec le texte) sinon vos trous ne déboucheront pas ou très mal.

Ne faites pas de demi-gravure sur les deux faces d'une même pièce ! (Forcément ça traverse !)

L’impression des typons

Le matériel

Ce paragraphe est très important car une grande partie de la qualité de la gravure va dépendre de la qualité du typon.

  • Une imprimante laser noir et blanc.

Pourquoi une imprimante laser pour deux raisons :

  • La précision de l’impression.
  • La qualité de l’opacité du noir obtenu.

Ces constatations n’engagent que moi, mais dans mon FABLAB nous avons comparé les deux procédés jet d’encre et laser. Nous en sommes arrivés à la conclusion qu’il fallait utiliser une laser noir et blanc (nous en avons acheté une d’occasion).

  • Des feuilles pour typon

Après de nombreux essais dans notre FABLAB nous avons trouvé un produit qui est idéal, il s’agit d’un film polyester maté NOVALITH pour imprimante laser qui permet l'insolation directe d'une plaque offset ou d'un écran sérigraphique après sortie sur une imprimante laser. Translucide à la manière d'un calque, il possède une remarquable stabilité dimensionnelle en pression et en température. Parfaitement transparent aux Ultra-Violets, son traitement sur les deux faces lui permet d'assurer une excellente adhérence de l'encre du toner et une bonne densité des noirs.

C’est surtout sa bonne stabilité dimensionnelle qui est importante vu la chaleur des imprimantes laser qui déforme les films transparents classiques.

Voici le lien : Film Laser Translucide Maté 100µ

  • Une bombe de Spray densifieur de noirs pour films laser

Ce produit est essentiel, il rend les films imprimés totalement opaque, il permet d’avoir une finesse dans le détail, il est le gage de la qualité du typon.

Voici le lien : Spray densifieur de noirs

L’impression des typons

Quelques recommandations avant d’imprimer :

  • Centrer votre motif sur la feuille car nous allons utiliser les bords libres
  • Avant d’imprimer sur les feuilles spéciales imprimer sur des feuilles blanches puis faites le test ‘’fenêtre‘’ (superposition des deux feuilles devant une fenêtre en plein jour) cela vous fera une bonne vérification.
  • De suite après impression pulvériser de manière uniforme le densifieur de noir sur la face imprimée. (La face imprimé est la face ou l’on peut lire le texte recto ou verso)
  • Lorsque le densifieur est sec stocker vos 2 typons face imprimée contre face imprimée, cela évitera qu’ils se rayent.

Voici un aperçu du pouvoir du densifieur de noir.

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L’assemblage et le positionnement des typons

Le matériel

  • Une table à lumière

Ce matériel est très utile, on peut en réaliser une avec deux petit tubes néons, mais sur le marché (entre autres dans les grandes surfaces de bricolage) on trouve des dalles lumineuses à LEDS pour des sommes raisonnables.

Voici celle que nous utilisons au club.

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  • De l’adhésif de bureau transparent
  • Des ciseaux

Les étapes du positionnement

J’ai utilisé de l’adhésif d’électricien de rouleur rouge juste pour que cela ressorte sur les photos.

Remarque : En final la face imprimée des typons devra impérativement venir en contact avec la plaque de métal pré-sensibilisé !

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Une photo pour vous montrer l’utilité des paquets de trous sur le pourtour pour un positionnement impeccable.

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Nos trois typons sont maintenant assemblés

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Précautions pour l’utilisation des produits chimiques

A partir de ce chapitre nous allons utiliser des produits chimiques dangereux, une base (Ph > 7) comme révélateur et un acide (Ph < 7) comme bain de gravure sans compter de l’acétone pour nettoyer vos pièces finies, alors quelques règles de sécurité s’imposent :

    • Vous devez toujours porter:
    • Des lunettes de protection contre les projections.
    • Une blouse en coton car ces produits tachent très facilement les habits.
    • Vous devez travailler dans une pièce aérée, les vapeurs ne sont pas très bonnes à respirer.
    • Vous devez avoir une source d’eau claire (robinet) à portée de la main, c’est très utile pour se rincer en cas de projection d’acide ou de base en plus du rinçage des pièces.

Voici ce qui arrive si l’on ne met pas sa blouse.

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L’insolation/révélation

Le matériel

  • Une insoleuse, c’est une boite à lumière qui est équipé de tube UV.

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Valise d'insolation

  • Du ruban adhésif transparent de bureau et des ciseaux.
  • Un bac de développement (format A4) en inox, en pyrex acheté au rayon cuisine des super marchés ou en plastique mais il faut qu’il résiste aux acides, aux bases et à l’acétone.

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  • Une pince de photographe en bois ou en plastique pour remuer la plaque dans le bac on peut utiliser une pince à cornichon.

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  • Un pinceau à poil doux pour frotter la plaque dans le bac de révélation.
  • Pour rincer les plaques révélées, un endroit avec arrivé d’eau. Evitez la cuisine et la salle de bain car les produits peuvent tacher les plans de travail. L’idéal c’est l’évier du garage à défaut une grande bassine remplie d’eau avec un tuyau d’arrosage.
  • Un rouleau de papier essuie tout.
  • Une bouteille avec bouchon que vous aurez récupérée après avoir enlevé les étiquettes et écrit dessus REVELATEUR DANGEUREUX personnellement je récupère mes bouteilles vides d’alcool à bruler ou d’acétone.
  • Un entonnoir pour remettre les produits dans leurs bouteilles après utilisation.
  • Un sachet de révélateur pour un litre de solution

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Révélateur

  • Une balance de cuisine car le conditionnement des produits nous oblige à peser ceux-ci pour réaliser le bon dosage
  • Une montre chronomètre.
  • Des plaques de laiton ou de maillechort photosensibilisées sur les deux faces.

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Maillechort photosensible

Remarques : Le maillechort est plus rigide que le laiton.

Les étapes de l’insolation

  • Découper à l’aide des ciseaux un morceau de plaque photosensible de la dimension extérieure du dessin du typon.
  • Enlever les deux films de protection de ce morceau de plaque (pas besoin d’être dans le noir, le vernis photosensible n’est pas très sensible à la lumière normale il réagit aux UV, mais il faut cependant ne pas trop traîner et éviter une exposition prolongée à la lumière du soleil et à toute source d’UV).
  • Glisser notre morceau de plaque entre les deux typons en faisant bien attention à ce que les bords de la plaque ne rayent pas l’encre des typons.
  • Mettre notre plaque en concordance avec le dessin du typon et l’immobiliser par deux morceaux d’adhésifs sur deux côtés.

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  • Prendre le tout délicatement et le poser sur la vitre de l’insoleuse.


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  • Fermer l’insoleuse.
  • Préparer votre chronomètre et allumer l’insoleuse pendant 2,30 minutes
  • Eteindre l’insoleuse.
  • Retourner délicatement votre typon.
  • Refermer l’insoleuse.
  • Préparer votre chronomètre et allumer l’insoleuse pendant 2,30 minutes
  • Retirer les deux morceaux d’adhésif et récupérer la plaque en faisant toujours attention de ne pas rayer les typons pour pouvoir les réutiliser si besoin.

L’insolation est finie.

Deux remarques :

  • Pensez avant de faire votre première insolation à allumer votre insoleuse pendant deux à trois minutes pour qu’elle chauffe, ce qui aura pour effet d’avoir le rendement maximum des tubes ultraviolets sinon vos deux fois 2.30 minutes ne seront pas égales en termes d’intensité d’éclairage (personnellement j’effectue le préchauffage pendant que je glisse la plaque entre les deux typons).
  • Un autre avantage de l’utilisation du film polyester pour la réalisation des typons c’est sa stabilité à la température et vous pourrez vous rendre compte que la vitre de l’insoleuse est vraiment chaude à la fin de l’insolation.

Les étapes de la révélation

  • Sans perdre de temps (votre bac doit déjà être prêt avec 2 cm de révélateur au fond) plonger votre plaque dans le bain de révélateur.
  • Secouer la délicatement en la tenant avec votre pince, frotter la tout aussi délicatement avec votre pinceau pour bien élimer la résine qui se dégrade en faisant des volutes violacées qui vont teinter votre bain.

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  • Lorsque que vous voyez que votre plaque est bien révélée (contour des motifs nets, contraste entre les zones homogène) la sortir du bain et la rincer à l’eau claire.

Définir un temps avec précision est impossible car cela dépend du type de pellicule photosensible, de la saturation du bain, de la température, il faut juste savoir le temps maxi est de 2 minutes.

  • Poser la sur une feuille de papier essuie-tout et frotter la délicatement avec une autre feuille pour bien la sécher et éliminer les dernières traces de résine dégradée.

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Une fois qu’elle est bien sèche, percer sans déraper 4 trous (un dans chaque angle) de diamètre 1.5 mm

Ces trous serviront à maintenir notre plaque dans le bain de gravure.

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Remarques :

Si votre processus de révélation prend de plus en plus de temps ou devient incomplet, pensez toujours à mettre en cause la saturation de votre bain de révélateur, plus le bain est foncé plus le bain est saturé (translucide avant la première utilisation).

Dans ce cas mettre sa plaque dans le noir changer le bain et recommencer l’étape de révélation.

Il se peut aussi mais cela arrive après de nombreuses utilisations que ce soit l’insoleuse, changer ou vérifier vos starters de tubes et ou changer vos tubes.

La gravure

Le matériel

  • Un kit de gravure

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Kit de gravure

Qui est constitué :

  • Un bac de gravure avec son couvercle.

Sa contenance est généralement de 3 litres.

Attention : Ne pas oublier lors de la gravure de mettre le couvercle pour éviter les projections d’acide et l’évaporation de celui-ci.

  • Une pompe à air type aquarium.

Elle génère des bulles grâce aux trous qui sont au fond du bac, ces bulles agitent le liquide, décollent la matière dégradée, brasse le liquide pour avoir une température homogène et oxygène la solution ce qui a pour conséquence d’activer la gravure.

Attention : Prendre la précaution de la surélever par rapport au bac, comme cela vous êtes certain que l’acide ne descendra pas vers la pompe lors de l’arrêt de celle-ci.

  • Une résistance chauffante régulée type aquarium.

Le fait que le bain de gravure soit chaud accélère le processus, régler la résistance chauffante au maximum car la température idéale est autour de 40°C.

Attention : La résistance ne supporte pas les chocs thermiques, la brancher que lorsque le bac est rempli et attendre pour la rincer à l’eau froide qu’elle est refroidie.

  • Une bouteille vide de 3 litre d’assouplissant pour le linge avec bouchon que vous aurez récupérée après avoir enlevé les étiquettes et écrit dessus ACIDE GRAVURE DANGEREUX.
  • Du persulfate de sodium

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Persulfate de sodium

Respecter le dosage, à l’aide de la balance mesurer 750g de produit, que vous mettrez dans la bouteille, puis vous ajouter de l’eau tiède pour faciliter la dissolution.

  • De l’acétone pour enlever le vernis une fois la gravure finie.
  • Du fil de téléphone mono brin avec sa gaine pour suspendre nos plaques dans le bain de gravure.
  • Une lampe de bureau orientable.

Cette lampe va vous permettre d’éclairer le bain et vos plaques qui sont dedans par l’arrière cela facilitera le suivi de la gravure et surtout l’étape ou votre métal commence à percer.


Et ce matériel qui nous a déjà servi pour la phase de révélation

  • Un bac pour nettoyer vos plaques à l’acétone et enlever le vernis de protection.
  • Une balance de cuisine pour doser le produit.
  • Un rouleau de papier essuie-tout.
  • Une montre chronomètre.
  • Un entonnoir pour remettre les produits dans leurs bouteilles après utilisation.
  • Pour rincer les plaques gravées, un endroit avec arrivé d’eau.

Les étapes de la gravure

  • Allumer la pompe à air avant de verser la solution de gravure.
  • Remplir le bac jusqu'au repère sur la résistance chauffante.
  • Allumer la résistance chauffante.
  • Attendre que le bain soit arrivé à température (environ 10 minutes, ou extinction du témoin rouge de chauffage).
  • Pendant ce temps vérifier vos plaques pour voir si elles non pas de rayures du vernis protecteur ou de défaut.

Important : Il est possible de corriger une rayure du vernis, ou même une erreur lors de la conception (un trait absent là où il ne faut pas, une patte de fixation manquante...) même lorsque la gravure est commencée !

Pour cela utiliser un feutre indélébile waterproof noir et corriger le défaut.

  • Après avoir passé du fil de téléphone dans deux des trous de vos plaques suspendre le tout dans votre bain de gravure et mettre le couvercle.

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On voit bien sur ces photos les corrections des rayures.

  • Au bout de 10 mm la gravure a commencé à attaquer le métal le rendant mat, sortez vos plaques rincez-les et vérifiez si vous n’avez pas oubliez des rayures ou des défauts, si oui corriger-les avec votre feutre et remettez les dans le bain.

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  • A partir de maintenant et toutes les 10 mm retourner vos plaques d’1/4 de tour en vous aidant des autres trous cette opération va permettre une gravure plus uniforme. L’autre avantage c’est que vous vérifiez à chaque sortie de bain que tout vous semble correct.
  • Au bout d’un certain temps compris entre 1h30 et 3h30.Il va apparaître les premiers trous de percement, à partir de ce moment ne plus s’éloigner et surveiller l’évolution qui peut être très rapide maximum 10 mn.

Remarques : Il est très difficile de vous donner une valeur car le temps de gravure dépend de nombreux paramètres :

  • L’épaisseur de vos plaques
  • Le type de matière
  • La surface à ronger
  • La température du bain
  • La saturation du bain en métal rongé.
  • L’emplacement dans le bac

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Remarques : Il peut rester un petit voile de matière comme dans l’angle de la plaque sur la dernière photo, il est parfois utile de l’enlever au cutter plutôt que de continuer à graver si sur la plaque il y a des petits motifs qui sont déjà bien sortis en gravure. En effet le temps d’attendre que le voile se dissolve et le dessin de vos petits motifs pourrait être endommagé.

  • Sortir vos plaques du bain et rincer-les abondamment à l’eau claire, enlever les fils de maintien.

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Voici un gros plan pour vous expliciter le danger des rayures, sur le robot elles ont étés protégées par du feutre par sur la cadre !!!!!


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  • Nettoyer vos plaques à l’acétone pour enlever le vernis de protection.


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  • Rincez à nouveau à l’eau claire puis sécher vos plaques avec du papier essuie-tout.
  • Vider à l’aide de l’entonnoir le produit de gravure dans votre bouteille.
  • Bien rincer le bac et la résistance chauffante, puis essuyer le tout au papier essuie-tout, ne pas laisser de trace du produit.

Remarques :

  • Éviter d'utiliser le même acide successivement sur le maillechort et le laiton : il peut se produire des re dépositions de matière en cours de gravure
  • Après plusieurs gravures successives, le bain d'acide se sature, et la gravure prend de plus en plus de temps.
  • C'est la couleur de la solution acide qui va vous indiquez sa saturation : translucide pour la première utilisation, bleu foncé quand elle devient inutilisable.
  • Si les trous d'arrivée d'air dans le bac se bouchent bien rincer et le défaut disparaitra.

Vous pouvez maintenant dégrafer vos pièces à l’aide d’une petite pince et limer les bords si nécessaires.

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Et commencer votre montage.


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Conclusion

Les opérations peuvent paraître complexes dans un premier temps, mais avec un peu d’expérience, la gravure devient très simple avec le temps.

Garder à l'esprit que c'est de la gravure d'amateur les quelques imperfections seront toujours rattrapables à la lime ou à l’enduit.

Ne vous découragez pas trop vite et pensez surtout à travailler tout d’abord avec quelques échantillons et réaliser des plaques de petites tailles.

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