Cintreuse arbalète

Projet réalisé par Philippe.

En cours

Présentation

Je vais bientôt me lancer dans la plomberie de ma future maison. Le choix s'oriente vers des tubes "multicouches". L'un des intérêts de ce "matériau" est l'association d'une certaine rigidité avec néanmoins la possibilité de le mettre en forme. Dans les zones où il est nécessaire de couder le tube, deux solutions : couper le tube et insérer un raccord coudé, ou cintrer le tube. La 2e option est intéressante lorsque la place le permet, car évitant les pertes de charge dans le raccord, assurant un fonctionnement fiable sans fuite, et bien sûr de moindre coût. Avoir alors une cintreuse à disposition permet de créer des arrondis réguliers et répétables, sans risque de pincement du tube.

La cintreuse proposée ici est inspirée de matériels classiques de plomberie, mais je ne cherche pas à cintrer des tubes en cuivre qui seraient probablement plus raides que les tubes multicouches. Néanmoins peut-être qu'elle pourrait cintrer du cuivre...? Si vous essayez, dites-moi le résultat ;-)

L'inspiration initiale vient de la chaîne Comme un pingouin dans le désert et en particulier de cette vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=-d2qAnLz0BE Mais comme il pointe sur son blog quelques défauts de son modèle, je me suis permis de reconcevoir l'objet en tentant de combler les petites limites qu'il avait identifiées et partagées.

Vous trouverez en bas de cet article le lien vers le modèle 3D sous Onshape, à partir duquel vous pourrez exporter les pièces à imprimer, mais ce modèle est aussi copiable et donc modifiable pour l'adapter à votre besoin si nécessaire.

Principe et choix techniques

Les diamètres de tubes que je souhaite cintrer sont D16x2 et D20x2. Si j'ai localement besoin d'un bout de tube D26x3 je ne pense pas le cintrer, je mettrai quelques coudes à sertir là où ce sera nécessaire.

Comme Kevin, je me base sur un actionneur que j'ai dans mon garage (le même que lui d'ailleurs) qui est un serre-joint Wolfcraft de 150mm. Les principales adaptations par rapport au modèle de Kevin :

• je ne veux pas faire de soudure, je vais donc m'orienter vers des solutions soit purement impression 3D et assemblage par vis, soit utilisant des profilés aluminium que l'on peut aisément percer et assembler par vis aussi. Notez que la solution de Kevin avec des profils plats en acier pourrait être assemblée par des rivets plutôt que la soudure (la pince à rivets pop est moins onéreuse et plus facile à maîtriser que le poste de soudure), je pense que ça fonctionnerait très bien aussi.
• Comme lui je veux pouvoir réutiliser le serre-joint pour d'autres usages, je m'interdirai donc de le modifier de quelque manière que ce soit. Je n'enlèverai même pas la petite goupille de la tige qu'il a dû retirer.
• Je n'aime pas l'idée de faire glisser la couche de protection externe du tube multicouches sur des patins, ce n'est pas du cuivre, ma couche est fine, j'ai un peu peur de l'abîmer (peut-être à tord), je vais donc remplacer les patins latéraux de la cintreuse arbalète par des galets.
• je trouve sur le site waterout un petit tableau des rayons mini à respecter en fonction du diamètre de tube. Je me placerai un peu au dessus de ces valeurs mini pour les premiers tests, et si l'installation me contraint localement, je tenterai l'impression d'un gabarit de rayon plus faible. Ledit tableau est copié pour mémoire dans un onglet sous Onshape.
• comme je n'utilise pas de structure en acier, je crains que le trapèze en PLA portant les galets ne fléchisse un peu sous l'effort excentré. Je vais donc non seulement faire une section de pièce assez haute, mais aussi créer une liaison glissière (solution par queue d'aronde) liant la tige mobile au trapèze.
• toujours dans cette logique de rigidification, j'ai prévu la possibilité de placer des raidisseurs en périphérie de ce trapèze, sous la forme de 3 cornières aluminium de 19,5 x 11,5 mm (longueur de 1m trouvée en GSB).

Premier modèle "tout imprimé"

Notez bien les guillemets, car tout est imprimé en PLA, sauf bien entendu le serre-joint qui fournira l'effort/déplacement de la matrice, ainsi que les éléments de visserie, et sauf aussi le tube alu qui permet de créer et renforcer la liaison pivot des 2 galets, et sauf les éventuels raidisseurs en cornière alu... ;-)

Lubrification : entre tube alu et galet, là où le glissement est le plus important et sous un effort soutenu, je suggère de mettre une légère lubrification, par exemple un petit coup de spray de Teflon. Pourquoi pas en mettre aussi un peu dans la liaison queue d'aronde ?

Mais j'ai suffisamment écrit de texte, voici quelques images de l'objet

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  Entretoise, trapèze et forme

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  Galets et leurs axes

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  Assemblage avec le serre-joint

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  Avec renforts en cornières alu

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Deuxième modèle "Alu-PLA"

Pour tester autre chose, et finalement avoir à disposition sur le chantier à la fois la cintreuse 16mm et une autre pour tubes de 20mm, je décide de faire une version métallique, à base de profilé carré d'aluminium. Je prépare un modèle avec du carré de 20mm... mais avant d'imprimer les pièces PLA j'attends d'acheter les tubes carrés d'alu, et je fais bien car dans ma GSB de proximité, pas de 20x20 disponible. Je me rabats sur du 15,5x15,5 en me disant que finalement ça devrait suffire. Je modifie donc les pièces à imprimer en conséquence.

Modèle CAO

Le dessin a été fait sur Onshape, en me basant sur une photo commerciale de profil du serre-joint Wolfcraft, que j'ai importée dans un sketch et mise à l'échelle de manière approximative. J'ai donc commencé par dessiner les éléments du serre-joint sur lesquels je devrais appuyer la nouvelle conception.

La liaison entre le serre-joint et les pièces de la cintreuse se fait comme pour la version de Kevin, par des inserts dans le corps du serre-joint, et deux flasques latéraux. J'ajoute juste une vis croisée verticalement sous le système pour renforcer la liaison, avec un écrou prisonnier dans l'entretoise. (voir dans Onshape les noms que j'ai donnés aux pièces)

Les pièces à imprimer comportent des surfaces rouges et jaunes :

• surface rouge = surface d'appui pour l'impression, indique donc l'orientation d'impression, qui est choisie pour minimiser les supports, mais aussi pour l'orientation des couches et la résistance mécanique.
• surface jaune = au moins une partie est en surplomb important --> prévoir du supportage pour l'impression.

J'essaie toujours de minimiser les supports, et surtout ne pas en mettre dans des trous ou des cavités profondes d'où il serait difficile à extraire. Donc toutes les surfaces internes sont imprimables sans support, soit grâce à des formes inclinées à 45°, soit imprimables en mode "bridge".

Version pour tube diam. 20mm

(update mi-juillet 2025)

Bon, au vu de la rigidité de la version 16mm imprimée, finalement je n'ai pas fait la version en profilés métalliques. Je suis resté sur du "tout imprimé" en me disant que même pour du tube multicouches de 20mm ça pourrait passer moyennant de renforcer quand même la bête. Et pour renforcer, j'ai tenté une version biplan. Voici donc le résultat : (désolé pour l'aspect un peu pâle, je dois finir une bobine de PLA couleur chair)

Je suis reparti de la version précédente, avec un trapèze bien épais et une coulisse en queue d'aronde entre le poussoir et le trapèze. Je conserve aussi les perçages qui permettraient si nécessaire d'ajouter des cornières alu pour limiter encore la flexion du trapèze. Le point faible restant est la liaison des galets avec le trapèze, ils sont montés en porte-à-faux comme sur la plupart des cintreuses arbalètes du commerce sauf, comme me l'a fait remarquer Gérard, quelques cintreuses hydrauliques dont les galets sont montés en chape. Donc pour "en rajouter une couche" et assurer que les galets seront pas le point faible, j'ajoute un 2e trapèze. Par contre celui-ci doit être facilement amovible pour l'insertion et le retrait du tube à plier.

Quelques heures de dessin et de réflexion à tenter différentes solutions, et voici une proposition modélisée sous Onshape :

Comme précédemment, les couleurs sur les pièces indiquent l'orientation d'impression (surface rouge sur le plateau de l'imprimante) et les surfaces à supporter (jaune).

Les galets sont montés sur tube alu diam 6-8mm, traversés par une tige filetée M6. La fixation des axes de galets sur le trapèze bas est aussi interfacée par un tube alu (avec en partie basse un écrou Nylstop pour assurer des points de contact de l'outil qui ne blesseront pas la surface sur laquelle on va le poser (meuble, parquet...) donc ne pas laisser dépasser la tige filetée à cet endroit !).

Noter que le galet pivote sur son tube alu (tube qui est fixe, serré par les écrous sur la tige filetée), il faudra donc probablement aléser le galet pour assurer un ajustement correct et même pourquoi pas ajouter un peu de lubrifiant compatible alu/plastique (lubrifiant sec au téflon par exemple).

Enfin, le trapèze supérieur est muni de petits tubes alu lui aussi (petits tubes qu'il sera bon de coller dans les trous) et qu'il s'emboîte sur un créneau au niveau de l'entretoise. Cet emboîtement se fait/défait en quelques secondes pour l'insertion/extraction du tube multicouches avant/après cintrage.

Quelques images complémentaires :

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  Impression du trapèze bas

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  Test de cintrage

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  Léger défaut --> rayon trop faible ?

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  Démontage

Finalement, pour récupérer le serre-joint, il y a seulement 3 vis à démonter.

Améliorations possibles...

Voici quelques idées qui me viennent, sans ordre d'importance ni de priorité...

Rayon de cintrage

Noter le petit défaut sur le premier test. J'ai été joueur, j'ai dessiné un poussoir pour tube diamètre 20mm avec le rayon minimal (50mm) indiqué dans le tableau mentionné ci-dessus. Du coup je vous recommande de générer les poussoirs avec les dimensions suivantes :

• pour tube D20, rayon 55 voire 60mm
• pour tube D16, le rayon 52mm semble bien fonctionner

Attention les pièces du "premier modèle" (conçu pour le tube 16mm) ne sont pas toutes compatibles avec le 2e modèle (hauteurs de galets, queue d'aronde...) : il est préférable de générer les galets et les poussoirs dans le modèle biplan en jouant sur les variables de configuration sur Onshape.

Réduction de l'effort

En diamètre 20mm, ça fonctionne, mais l'effort à fournir est quand même important. Pour ceux qui prendraient le temps d'adapter ce modèle, je proposerais d'augmenter l'écartement des galets, donc la largeur du trapèze, en fonction du plateau de votre imprimante. Cela réduira sensiblement l'effort à fournir par le serre-joint, ainsi que les sollicitations sur les matériaux et les liaisons. Dans mon cas on voit qu'il reste de la marge sur le plateau de la Bambu A1 si le trapèze est positionné en diagonale :

Variables et marquage

J'ai défini le diamètre du tube à cintrer et le rayon de cintrage en variables de configuration, modifiables en haut à gauche de l'écran dans Onshape. Il est donc possible de générer de nouveaux galets et un nouveau poussoir pour toute combinaison de ces deux paramètres, dans une plage de valeurs raisonnable (aucune robustesse garantie, à chaque modification de paramètre vérifiez bien que l'intégrité de toutes les pièces voisines est conservée !).

Notez que les valeurs de ces paramètres s'inscrivent sur le poussoir, ainsi que le diamètre du tube sur les galets.