Conception d’un flipdot imprimé en 3d
Introduction
Un flipdot est un pixel électromécanique d’assez grosse taille.
Étant difficiles à trouver, je me suis demandé s’il n’était pas possible d’en créer facilement grâce à de l’impression 3d et des éléments communs comme des vis ou de petits aimants. Cela aurait en plus l’avantage de permettre d’en faire des versions personnalisables, en taille ou en forme.
Un flipdot est basé sur deux éléments importants:
- un disque aimanté positionné sur un axe
- un électroaimant
L’électroaimant permet de faire changer l’orientation du disque aimanté, simplement en le repoussant en utilisant un champ “inverse” à celui de l’aimant sur le disque.
Un flipdot commercial est généralement composé d’un disque totalement aimanté, mais dans mon cas j’insèrerais simplement de petits aimants dans le disque.
Électroaimant
L’électroaimant est la partie la plus intéressante d’un flipot. Il y a de nombreuses choses à savoir pour en concevoir un, et pour l’utiliser.
Tout d’abord, il est très important de rappeller qu’un électroaimant ne se branche pas n’importe comment à de l’électronique. Brancher un électroaimant directement à un arduino et vous pouvez être sur qu’il va endommager la carte. En effet, quand on alimente une bobine, cette bobine produira plus tard un courant de retour très intense. Assez intense pour griller un microcontroleur.
Voir cette page pour plus d’infos.
Ici, le contrôle du flipdot ne m’interesse pas (encore) donc je ne vais pas m’étendre sur le genre de circuit à utiliser. Mais il suffit de regarder un module relais pour arduino, qui contient quelques composants supplémentaires permettant de résoudre le probleme (dont une diode et un transistor).
La puissance d’un éléctro aimant dépend de nombreux facteurs, comme on peut le voir avec la formule ci dessous:
F = (n ⋅ i)^2 ⋅ M ⋅ a / (2 ⋅ g^2)
- F: force en newtons
- i: intensité du courant en ampères
- a: l’aire
- n: le nombre de tours dans le selenoide
- M: “magnetic constant” = 4⋅pi⋅10^-7
Etant donné le nombre de paramètres, il serait trop difficile de faire un calcul exact pour obtenir une force précise voulue. Le plus simple est de regarder quels paramètres sont les plus importants pour déterminer la puissance de l’électroaimant. Il s’agit ici du nombre de spires et de l’intensité du courant. Chaque fois que l’on double le nombre de spires ou le courant, on multiplie par 4 la force de l’aimant.
Si l’on veut faire beaucoup de spires, tout en gardant un aimant de taille raisonnable, il faut utiliser du fil de cuivre fin. Cependant, qui dit fil de cuivre fin dit résistance plus haute, donc plus susceptible de chauffer si on l’alimente avec un fort courant.
Encore une fois, les relais sont une bonne source d’inspiration. Ils sont alimentés avec un courant relativement faible, mais possèdent beaucoup de spires.
La grande différence dans notre cas comparé à un relais, c’est que l’on n’a pas besoin de garder l’aimant constamment activé. Il suffira de l’actionner un bref moment pour retourner le disque. Ce qui nous permet de ne pas utiliser non plus trop de spires pour avoir un électroaimant fonctionnel.
Conception de l’électroaimant
La conception est fort simple, on utilise un socle clipsable dans lequel on insérera 2 vis, qui seront la base de nos deux électroaimants. On choisit une taille de fil en fonction de la puissance utilisée pour alimenter les électroaimants, dans mon cas j’ai utilisé 3m de fil en 0.1mm de diamètre pour une petite alimentation 5V.
Conception du disque
L’idée est plutôt simple. Il suffit d’ajouter des fentes de la bonne taille dans un disque pour y insérer de petits aimants qui permettront à l’électroaimant de le repousser.
Pour mon premier essai j’ai placé un aimant de chaque côté du disque, mais ce n’était pas une bonne idée car je ne pouvais pas placer les électroaimants pile sous les aimants dans cette configuration. Je suis donc revenu au format traditionnel, avec un trou d’un côté et un aimant de l’autre.
Finalisation
Voici une petite vidéo de la version finalisée. De nombreuses améliorations sont possibles, comme placer les vis sur les diagonales pour pouvoir les assembler en matrice, et diminuer la taille du trou dans le disque.
