Mon premier modèle 100% CAO 3D et découpé laser

Depuis plusieurs années maintenant, je me suis remis à la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) pour la conception de pièces à imprimer en 3D. Pour les modèles, j'ai en 2023 conçu intégralement une voilure pour un petit planeur, le Micro Fox, dont le fuselage est d'origine "Fred Marie". Mais je n'avais pas encore franchi le pas pour la conception intégrale d'un modèle en 3D. L'achat début 2024 d'une machine de découpe laser m'a donc poussé à me lancer dans une première conception 100 % sous Fusion 360 d'un modèle perso en structure bois plus pièces imprimées 3D. Ainsi est né le Mass-STICK 800.

Caractéristiques

Nom : Mass-STICK 800

Conception et réalisation : Jean-Louis Coussot

Envergure : 800 mm

Cordes d'aile : 200 mm / 170 mm

Profil aile : Biconvexe symétrique perso

Surface alaire : 15 dm2

Moteur : Kavan C2826-1000 et Kavan C2830-1050

Contrôleur : Kavan 20 A

Hélice : 9x5 ou 9x6 selon moteur

Servos : 4 servos type 9 grammes

Récepteur : Jeti REX6 Assist

Batterie : 3S 1000, 1200 ou 1300 mAh

Poids sans batterie : sn-001 : 469 g - sn-002 : 460 g

Poids avec batterie : 538 à 572 g selon modèle et batterie.

Charge alaire : 36 à 38 g/dm2

Taille réduite et formes simples

Pour cette "première", vu le risque de rater et de devoir recommencer des pièces, j'ai choisi de concevoir un avion de petite taille (ça fera moins de gâchis…) et donc, un "1/2A", une formule qui depuis mon premier plan publié en 1982, le Whisky, m'a toujours donné beaucoup de plaisir. J'aurais pu faire une énième version du Whisky, mais j'ai préféré faire un avion à ailerons, me disant que si des copains du club de Massilly en avaient envie, je pourrais leur découper des shorts kits, et qu'assurément, ils préféreraient un avion 3 axes plutôt qu'un 2 axes. Plusieurs idées ont été jetées sur le papier, dont un trainer, des ailes volantes motorisées, mais pour un premier essai, j'ai finalement opté pour des formes simples, donc une aile rectangulaire sans dièdre, et un fuselage "caisse"… Le fameux Middle Stick de Phil Kraft et Graupner est l'archétype de ce type de machine de loisirs au succès intemporel. J'ai donc décidé, non pas de faire un Middle Stick à l'échelle 1/2, mais juste de m'inspirer de ce look en y mettant mon petit coup de crayon pour qu'il reste un avion "bien à moi".

Comme à mon habitude, j'ai commencé par dessiner et chiffrer le projet sur un A4 quadrillé 5x5 mm au crayon HB… et à lui trouver un nom, qui devrait comprendre "Stick". Mon club étant celui de Massilly, ça a failli être Massistick, mais finalement, j'ai opté pour Mass-STICK, avec 800 derrières pour son envergure (des fois qu'un jour, j'ai l'idée de faire le même en plus grand…).

Base de chacun de mes modèles, un croquis au crayon sur un format A4 quadrillé 5x5...

Et ce depuis plus de 40 ans !

Il ne s'appelle pas encore Mass-STICK 800, mais mini MassiStick LC (LC pour Laser Cut)

Apprendre…

L'un des challenges était de concevoir la totalité de la cellule avec des tenons et mortaises permettant de totalement s'affranchir d'un plan à mettre sur le chantier. J'avais déjà conçu ainsi le fuselage du Zydon ainsi que celui du Zyvit, mais ils étaient dessinés en "2D" et j'avais dû calculer chaque encoche pour les flancs et le fond de fuselage à grand renfort de calculs… Là, c'est Fusion 360 qui allait permettre de créer les pièces en 3D, puis de "déplier" les flancs du fuselage pour les remettre à plat et ainsi, sortir les fichiers de découpe. L'aile allait aussi être dotée d'encoches dans tous les sens pour qu'elle se monte et se tienne quasiment sans colle… Bref, le sujet est avant tout un bon moyen d'apprendre à maîtriser des outils de Fusion 360 que je n'avais pas encore découverts.

Des heures, des jours, des semaines... sous per-FUSION !

Alors que j'attendais ma machine de découpe laser, j'ai attaqué la conception du Mass-STICK 800 à l'aide du formidable logiciel FUSION 360 d'AutoDesk.

Pour un usage personnel, il existe une licence gratuite, Voici le lien si vous êtes tenté : https://www.autodesk.fr/products/fusion-360/trial-intake

Je vous mets ci-dessous un diaporama de captures d'écrans faites entre la fin mars et le début avril 2024. Il faut le temps, et ne pas hésiter à reprendre chaque détail autant que nécessaire… Et puis, les idées viennent au fil de la conception, avec des changements de formes parfois, comme ça a été le cas pour la gouverne de direction qui a été agrandie après fabrication d'une première version… Les saumons imprimés 3D ont connu aussi diverses versions, plus ou moins allégées, plus ou moins rigides. La trappe de batterie à elle seule a connu pas moins de 5 versions… Bref, faire et défaire…

Et puis, le laser est arrivé, quelques tests rapides sur une gouverne de direction agrandie pour mon Slider, et avant même d'avoir terminé la conception de l'aile, un premier jeu de pièces pour le fuselage pouvait voir le jour...

Creality Falcon 2 Pro 22W

La machine de découpe laser choisie est la Falcon 2 Pro avec tête laser 22 Watts. Avec son carter fermé et sa ventilation, elle permet d'assurer une évacuation facile et efficace des fumées par la fenêtre entrebaillée. Sa caméra intégrée facilite la disposition des pièces sur les matériaux à découper. Bref, s'il faut finir son assemblage, ensuite, c'est "plug and play" et un petit PC portable posé à côté assure sa gestion avec le logiciel LightBurn. La surface de travail utile est de 400 x 415 mm, ce qui oblige bien sûr à prévoir des pièces en plusieurs parties à rabouter.

Avant de découper le premier fuselage, j'ai tout de même réalisé un bon nombre d'éprouvettes pour définir les meilleurs paramètres de coupe (puissance et vitesse) pour chaque métériau (diverses épaisseurs de balsa et de contreplaqué). C'est capital pour ne pas gâcher de bois ensuite... Là aussi, il faut être patient et prendre le temps d'apprendre !

Premier short kit de fuselage

Quel plaisir de voir les premières pièces sortir de la machine ! La précision est incroyable... Il y a là de quoi faire le plus gros du fuselage et les empennages. On peut voir un premier jeu de saumons et un premier support de trains sortis, eux, de l'imprimante 3D Ender 3 Pro, du même fabricant que le laser : Creality. Après assemblage, comparer ce que l'on a vu sur l'écran du PC et la réalité est un moment de pur bonheur.

Bref, comme ça semblait pas trop mal se passer pour le fuselage, je me suis mis sur la définition de l'aile... Incroyable tout ce qu'il faut "penser" pour une aile aussi basique...

Ci-dessous, une petite vidéo montrant la machine laser

Falcon 2 Pro 22 W découpant des pièces en contreplaqué

de 3 mm pour le prototype du Mass-STYCK 800.

Quelques vues de la phase d'étude de l'aile sous Fusion 360.

Et ces vues virtuelles se superposent dans la tête avec ce fuselage déjà assemblé...

Viendront ensuite moult détails, comme les guignols, un capot, une roulette de queue... Avec les outils modernes, le plus long en temps "homme", c'est la modélisation. Ensuite, pendant que l'imprimante 3D s'affaire, l'humain peut faire autre chose, comme... Assembler l'aile... Ou repenser la gouverne de direction...

Quand tu trouves que la gouverne de direction risque d'être un peu juste pour bien renverser ou vriller...

Tu la redessines en plus large.

Bon, il y a un moment où il faut s'arrêter... Et la définition de la cellule est terminée... Il reste à faire tourner le laser et à faire chauffer la colle !

Bref, au final, tous les dessins 3D deviennent des tracés de découpe en 2D et sont transférés vers le format DXF qui est exploité par le logiciel LightBurn pour la découpe laser. Et ça donne grosso-modo (L'image a été faite une fois toutes les modifications après le 002 faites)... tout ça à envoyer au laser pour fair un exemplaire du Mass-STICK 800 :

Le montage du Mass-STICK sn-001

Dans le diaporama qui suit, vous allez pouvoir suivre pas à pas l'assemblage du prototype du Mass-STICK 800. Je sais que tout ne sera pas parfait du premier coup, et qu'un second modèle sera à prévoir pour être certain d'avoir un short kit "maison" correct, au cas où des copains du club Aéro Massilly 71 seraient tentés de me rejoindre pour en faire une petite escadrille… A la façon des constructeurs aéronautiques, le proto va recevoir un "sn" (Serial Number) qui sera forcément le 001… Allez, c'est parti, Plus de 150 photos ont été retenues pour présenter ce montage… Mais j'en avais pris plus de 400 ! Et ce sera pire pour le sn-002, mais vous verrez que ce n'est pas pour rien.

Rappel : survolez une photo avec la souris et vous verrez s'afficher la légende. Cliquez sur la photo et elle s'ouvrira dans une fenêtre pop-up avec la légende dessous. Vous aurez aussi les flèches pour naviguer de photo en photo…

Voici venu le moment de vérité…

Nous sommes le 19 avril 2024, il ne fait pas "top beau"… Mais le vent est léger et comme toujours quand je viens de terminer un modèle, je trépigne pour aller le faire voler. Donc, zou, direction la plaine de Saône avec Cécile qui sera chargée d'immortaliser les premiers essais. Pour de belles photos, on verra quand la lumière sera meilleure, mais pas question d'attendre davantage !

Pour le premier vol, j'ai choisi un départ "lancé", l'herbe étant assez haute sur les bords de ma petite route déserte en plaine de Saône… Cette piste est étroite et bombée et donc, la tenue d'axe y est souvent délicate, alors, pas de risque, d'autant que le peu de vent soufflait plein travers…

Le départ lancé a été une formalité, le Mass-STICK 800 sn-001 est parti tout droit, et s'est montré docile et agréable dès le début. Jusque quelques micro crans de trim à la profondeur et il n'y avait plus qu'à voler. Un avion sain, sans surprise, découplé comme prévu vu le profil symétrique et l'absence de dièdre. Gouvernes efficaces "comme il faut", amortissement très bon sur tous les axes. La vitesse de vol est par contre un peu faible à mi-gaz et j'ai tendance à voler plein pot presque tout le temps. Dans les montées verticales, il en manque visiblement "un peu"… Bon, j'avais hésité entre deux motorisations Kavan, le modèle un peu plus puissant n'était pas disponible lors de la commande… Mais il serait assurément un meilleur choix… Ce sera pour le 002 !

Sinon, toute la voltige classique passe. Tonneaux faciles, facettes propres, boucles petites mais sans difficulté, renversement bien propre, vol dos sans difficulté. La vrille part et s'arrête bien. Bref, un petit jouet agréable.

Plusieurs vos vont suivre et cette fois, je décolle de la "piste", et la tenue d'axe s'avère facile (en clair, je n'accroche pas les herbes hautes du bout de l'aile...) même avec le vent de travers. Content, je peux rentrer à la maison et envisager la suite !

Au fait, je n'ai pas parlé de la batterie utilisée : J'ai testé le Mass-STICK 800 avec des LiPo 3S de 1000, 1200 et 1300 mAh. On peut utiliser des packs classiques, mais aussi des packs fins et longs destinés à la bas à l'AirSoft... Il suffit d'adapter un support "maison" avec velcro en fonction des packs utilisés. Personnellement, je retiens les packs 3S 1200 mAh 25-50C Turnigy Nano-Tech, ils permettent de les placer assez arrière pour un centrage sysmpa en voltige, donnent une belle autonomie et délivrent bien toute la puissance nécessaire (surtout avec le moteur plus puissant du 002 !).

J'ai programmé trois phases de vol :

Une pour décoller et atterrir avec les ailerons abaissés pour qu'ils soient alignés avec l'extrados. Ainsi, je creuse le profil et l'avion peut voler lentement sans devoir le promener "queue basse". Un bon différentiel d'ailerons et un mixage à la direction évitent de subir le lacet inverse.
Une pour voler "cool", volets en lisse, sans mixage de type "snap-flaps", mais avec encore un peu de différentiel et un léger mixage ailerons-direction.
Et une phase "voltige", sans différentiel, avec snap-flaps, et un inter de doubles débattements : les petits pour voltiger tendu, les grands pour les vrilles et déclenchés.

Voilà, le 001 "rouge" est maintenant opérationnel et il va voler pour le plaisir pendant que je finalise les corrections à apporter à mon premier "short kit 100 % perso" et que je monte un second proto, qui sera donc le sn-002… C'est aussi le moment maintenant de le présenter aux copains du club à Massilly et de voir s’il y en a que ça peut tenter… On va aussi pouvoir le photographier avec du soleil ! Pendant cette phase intermédiaire, je vais aussi me pencher sur un train plus joli, en impression 3D. Pas question de PLA, ce serait trop cassant et c'est vers le fil PET-G que je vais me tourner pour le première fois. Ma machine ne l'aime pas trop, il salit bien plus le tapis souple et ne se nettoie pas comme le PLA, mais bon, ça semble assez robuste pour un 1/2A comme le Mass-STICK 800. Plusieurs versions seront testées, un lame classique droite va équiper le 001. Pour le look, c'est mieux, mais c'est aussi plus lourd que la corde à piano de 2 mm...

Allez, on remet ça... Le sn-002 va naître !

J'ai noté tout ce que je pouvais améliorer lors du montage et des essais du "001 Rouge" et je retourne sous Fusion 360 pour appliquer les modifications et ressortir les fichiers de découpe modifiés pour une version qui sera quasiment la bonne au cas où les copains d'AM71 veuillent se lancer sur une escadrille Mass-STICK…

Parmi les modifications :

Les gaines de commandes pour la profondeur et la direction seront plus fines (et donc plus légères), leur positionnement dans les couples est amélioré.
Le support de train imprimé 3D est modifié avec des allégements.
Les saumons sont un peu épaissis pour gagner en rigidité. (Tant pis pour le peu de poids supplémentaire, la cellule peut le supporter facilement).
La sortie d'air ventrale imprimée 3D est améliorée et recule un peu.
Ainsi, le fond de fuselage est moins ajouré, ce qui est mieux pour recevoir le récepteur.
Les platines supportant les servos d'ailerons sont déplacées à fleur sous les mini-coffrages, pour que les servos ne butent pas sur l'entoilage de l'extrados.
Un capot simple imprimé 3D est dessiné et testé, avec une platine support. Pour une petite série éventuelle, ce sera plus rapide et plus économique que de multiplier les faux moteurs OS-Wankel, et ce sera moins fragile.
Le train original en corde à piano est conservé, mais un train en PET-G en forme d'arc est prévu en option, interchangeable sans modification avec la solution standard.
Le fond de fuselage au niveau de l'étambot passe en contreplaqué, pour une fixation de la roulette plus robuste.
Le set de guignols va comprendre deux guignols de direction et deux guignols de profondeur pour que chacun puisse choisir de les placer à droite ou à gauche, comme il préfère.
Le moteur du 002 sera un peu plus puissant : Ce sera le C2830-1050de Kavan. C'est le frère du C2826-1000 du 001, mais avec 4 mm de plus en longueur sur la cage tournante. Il donne pratiquement 30 % de puissance supplémentaire, se contente du même contrôleur 20 A et me semble parfait pour la cellule. Il faudra juste trouver la bonne hélice...

La construction du 002 va azussi servir à faire les photos pour réaliser une notice de montage détaillée... Toujours en pensant aux copains du club qui pourraient se lancer dans l'aventure. Le Mass-STICK 800 se contruit sans plan, mais alors, une notice est indispensable pour savoir quelle pièce va où, et dans quelle ordre il faut l'assembler.

Quand tout est prêt, l'imprimante 3D et le laser sont remis à contribution et le short-kit du sn-002 peut être préparé...

Voilà le "short-kit" que je me suis préparé pour réaliser le sn-002. Dessous, gros plans sur les accessoires, dont ceux imprimés 3D. Seul manque le capot qui n'était pas encore dessiné et imprimé à ce moment.

Et "002 Jaune" vint… et la notice dans la foulée.

C'était donc reparti pour assembler le second prototype, et vérifier que toutes les modifications "marchaient"… Bien sûr, cela a permis de trouver encore quelques retouches à faire aux fichiers de découpe… Mais surtout, le 002 a permis de réaliser une "petite" notice de 84 pages et dans les 300 photos. Et puis, il a validé le choix du moteur, cette fois parfait pour avoir une belle réserve dans les évolutions dans le plan vertical.

Je ne vous refais pas de diaporama pour le montage du 002, c'est presque identique au 001… Mais je vous propose de télécharger la notice et de voir à quoi elle ressemble. Elle n'a rien à envier aux notices de productions commerciales... Mais j'ai un passé qui m'aide bien pour réaliser ce genre de choses !

Vous voulez voir cette notice en détails et en haute définition ? Cliquez soit sur une des images ci-dessus ou ci-dessous, ou sur le lien suivant :

https://hidrive.ionos.com/lnk/Np4LfcsYh

Vous accéderez à la page de téléchargement.

Et le sn-002 "Jaune" prit son envol…

A son tour, le 002 fut essayé en vol et sans surprise, il vola aussi bien que le 001, avec en prime une réserve de puissance nettement améliorée. Il fallut tester plusieurs hélices pour trouver le meilleur choix. J'ai testé d'abord une 9 x 5 tripale, qui tirait bien en vertical, mais ne donnait pas assez de vitesse en croisière à mi-gaz. J'ai tenté une 10 x 6, qui chargeait un peu trop le moteur, et finalement, c'est une 9 x 6 bipale APC-E qui donne le meilleur résultat. Cette fois, la croisière à mi-gaz est "comme il faut" au niveau attitude et vitesse, le plein gaz tire fort et je peux enchaîner les tonneaux verticaux à l'envie la consommation reste maîtrisée et l'autonomie est bonne (des vols en voltige de 6 à 7 minutes).

Cette fois, je pouvais considérer le projet comme "mûr" pour le proposer aux copains…

A noter que suite aux essais de trois versions de train en PET-G imprimé 3D, le 002 a été directement équipé de la version finale, arquée et affinée de heut en bas. Le look est sympa et l'avion rebondit moins qu'avec le train en corde à piano.

sn-003 "Vert" : la validation !

Au club, plusieurs modélistes ont commencé à tendre l'oreille… Avant de lancer la découpe et l'impression des pièces pour une petite série, il restait à ce qu'un exemplaire soit construit par quelqu'un qui n'avait pas participé à la conception, pour qu'un œil neuf puisse déceler les derniers petits ajustements et les "boulettes" ou "coquilles" pouvant entacher la notice. Dominique W. s'est porté volontaire pour être le cobaye et je lui ai préparé un short kit.

J'ai essayé de faire une pochette sympa pour présenter le short-kit à Dominique.

C'est ainsi que le sn-003 est arrivé une quinzaine de jours plus tard sur le terrain de Massilly et que j'ai eu le plaisir de le mettre en l'air pour le premier vol avant de confier les manches à son propriétaire-constructeur. Dominique m'avait envoyé des photos de sa construction et indiqué les petites corrections à apporter à la notice.

Voici quelques images du 003 en construction.

La suite se prépare

Depuis, Dominique vole avec son 003 et en est ravi. Et au club, petit Mass-STICK fait des émules. Il faut dire qu'aligner les trois premiers sur le parking ou sur la piste, ça crée vite des envies… Le laser et l'imprimante 3D ont donc eu du travail dans les jours qui ont suivi la présentation au club des 3 premiers Mass-STICK 800 et j'ai dû rationaliser la "production" et le packaging pour que 9 short-kits de plus soient prêts. C'est lors de notre rencontre inter-clubs que les récipiendaires ont reçu leurs pochettes. J'ai offert un short-kit comme lot pour la tombola que le club organise chaque année pour cette journée, et un membre bien connu de l'AMCVS venu nous voir en a voulu un aussi, deux Mass-STICK voleront donc bientôt ailleurs qu'à Massilly, j'espère que je recevrais des photos !

Même si c'est juste pour les copains du club, j'ai voulu soigner la présentation...

Voilà, une petite aventure se termine, je n'ai pas la moindre intention de devenir fabricant et donc, je ne proposerais pas le Mass-STICK à la vente. Il restera un projet club avant tout, et pour moi, un chouette exercice pour apprendre encore un peu plus Fusion 360 et l'utilisation de la découpe laser.

En attendant, nos Mass-STICK aux couleurs vives ont reçu une visite surprise…

On termine avec une petite galerie de photos. Bons vols à tous !

La météo avec WindyTV