SuperPi : Petit retour sur la fabrication du rack (Fraiseuse Méca)

Bonjour à tous,

Le projet SuperPi Cluster (50+ Raspberry-Pi) essaie d'avancé sur les possibilités d'organisation en rack.

50+ Raspberry-Pi en Rack

A propos de SuperPi

Le projet SuperPi vise à créer un super-calculateur/Cluster didactique à l'aide de 50+ Raspberry-Pi. Voyez cet article contenant plus de détails dans cet article.

La force d'un Super-Calculateur/Cluster c'est le traitement en parallèle (Parallel Computing) pouvant servir dans de très nombreux domaines.

Fabrication du rack

Il y a plus d'un an, je me suis mis en tête de fabriquer des rack 14 Pi... un inspiré du modèle ci-dessous:

Via impression 3D

François (Framboise314) a tenté de réaliser l'impression 3D mais cela n'est absolument pas évident.
Au final, c'est suffisamment complexe pour ne pas être possible.

Via une école technique

J'ai ensuite réalisé une ébauche de plans et contacté mon ancien école technique pour la réalisation.

Le projet stagne depuis Février 2023 (9 mois) et il est difficile à faire avancer.
Les choses ont bien changées en  30 ans car en 2023:

• il n'y a plus de TFE (Travail de Fin d'étude) à proprement parlé... un projet complet à réalisé et a défendre devant un Jury.
• il n'y a plus de travaux spéciaux, ces travaux qui permettaient de sortir des sentiers battus et donc d'apprendre/expérimenter bien plus. Très enrichissants, c'est eux qui m'ont poussé vers les études supérieures.
• il y a le fameux "tronc commun" qui va s'étendre jusqu'en 4ième secondaire. Ce tronc commun, c'est juste des études générales!
  En gros, il restera seulement un a deux ans pour apprendre son métier.

Selon moi, ce "tronc commun" est une catastrophe éducative pour les personnes manuelles. Plus tôt on met un outils dans les mains d'un manuel et plus il s’épanouit vite. C'est grâce à cet épanouissement cela que l'on évite le décrochage scolaire. Faire attendre ces jeunes 3 ou 4 ans de plus c'est assurément augmenter le décrochage scolaire.

Via un FabLab / MakerSpace

Je me suis donc résigné à le faire moi même.

La pièce principale fait 42cm x 16cm, il me faudra donc un fraiseuse manuelle (pas de Fraiseuse CNC) .

Plateau du rack Super-Pi

La fabrication des gorges (devenue queue d'aronde. voir plus loin) réclame un outil du travail métal avec une queue de 12mm de diamètre.
Les fraiseuses CNC n'acceptent pas de tels outils.

A ce jour, j'ai trouvé deux FabLab disposant d'une fraiseuse mécanique:

• FabLab de Chaud les fonds en Suisse
• SuperLab Buxelles mais pas encore montée dans l'atelier.
  Faut dire que la fraiseuse pèse deux tonnes.

Options intéressantes:

• CityFab 2 à Bruxelles dispose d'une Fraiseuse CNC avec un adaptateur collet M12 (donc pouvant accepter des queues de 12).
  

Je trouve cela totalement fou d'avoir une pléthore de FabLab mais pas vraiment d'usinage métal (tour, fraiseuse, raboteuse, soudure, coupe métal, etc).
Seul le SuperLab s'en rapproche.

Via un ami

Il se fait que mon frère (mécanicien monteur de profession) dispose d'une Fraiseuse Manuelle. Elle ne pèse pas deux tonnes mais pourra probablement accueillir une pièce de la dimension de du plateau.

J'ai peut-être une porte d'issue par là.

Accès atelier mécanique (scolaire)

Parmi les voies a explorer, il a la possibilité de demander l'accès a un atelier mécanique d'un institut en électro/mécanique.

 

A voir si cela est possible avec les problème d'assurance et d'organisation que cela soulèvera inévitablement.

Technique bois et approche Maker

J'ai aussi découvert une approche basée sur les techniques bois exploitant une défonceuse et des rails de guidages!
Les queue d'aronde en bois on un angle de 104° plutôt destiné à l'assemblage de tiroir (donc pas pour SuperPi).
Cependant, certaines défonceuses acceptent des queues de 12mm de diamètre (certain modèles Dewalt) car j'ai besoin d'une queue d'aronde mécanique offrant un angle de 60° si je veux pouvoir suspendre un Pi (voir plus loin).

Une autre option à explorer!
Si celle-ci permet d'atteindre une précision de 1/10mm alors elle sera viable.

La queue d'aronde

Un montage en queue-d'aronde sera utilisé pour suspendre le Raspberry-Pi sous la table/dos du rack.

Exemple de montage mecanique en queue-d'aronde

 

Ainsi, grâce à se procédé de suspension, il sera possible de suspendre le Raspberry-Pi sous le plateau.

Principe de suspension des raspberry-Pi sous le plateau

Contraintes

Nous avons quand même quelques contraintes. Pour commencer, le plateau fait 15mm d'épaisseur.
La profondeur de la queue d'aronde ne dépassera donc pas 5-6mm laissant ainsi 10mm pour éviter que le plateau ne flambe. 

Sur les 30mm entre chaque glissière, nous pouvons raisonnablement en utiliser 25mm de large pour le support du Raspberry Pi.

Dans ces 25mm de larges, 16.25mm sur 5.6mm de haut (2+2+1.6) sont consacrées à la gorge.... donc aussi pour la future queue d'aronde.

Fraise à bois = mauvaise idée

Toutes les fraises à bois pour queue-d'aronde propose un angle de l'ordre de 14°.

Si l'on regarde un peu les fraises à bois, voici ce que nous avons:

Nous pouvons voir qu'à 5.5mm de profondeur, la gorge fait 6.35mm de large.
Ce serait serait intéressant de savoir quel est la largeur supplémentaire en fond de gorge... Ce qui permet de se faire une idée de la résistance en cas d'arrachement (nous allons utiliser du PTFE/Teflon).

Avec une fraise ayant un angle de 14°, nous avons...

Tan( Alpha ) = CO / CA
Tan( 14° ) = CO / 5.5mm
donc, CO = Tan( 14° ) * 5.5mm = 1.37mm

En gros, la largeur de la gorge fait 2.74mm de plus que l'entrée de la gorge. C'est trop peu selon moins pour suspendre un Raspberry-Pi et un disque dur.

Fraise métal = meilleure idée

Les fraises pour usinage du métal peuvent aussi être utilisées pour travailler le PTFE.

Je vous présente la fraise "Fraise queue d'aronde DIN1833 HSSCo5 forme C 45° 16mm". Cette queue-d'aronde en cône inversé est la plus petite de sa gamme avec un diamètre de coupe de 16mm.

Avec le diamètre D1=16mm, nous somme à la largeur maximale de la gorge.
Avec b=4mm de haut nous somme aussi en dessous de la profondeur de gorge max (max 5mm).

Reste maintenant, comme pour la fraise à bois, ils serait intéressant de calculer la longueur CO .

Tan( Alpha ) = CO / CA
Tan( 45° ) = CO / 4mm
donc, CO = Tan( 45° ) * 4mm = 4mm

Avec cette fraise, la profondeur de gorge fait 2x4mm = 8mm de plus qu'à l'entrée de la gorge (qui fait également 8mm).

Cette situation est bien meilleure.

Fraise mécanique et conséquence

Avec une queue de 12mm de diamètre, la fraise mécanique est destinée aux fraiseuses industrielles (faible vitesse de rotation) et non les Fraiseuses CNC modernes (très haute vitesse de rotation).

Les fraiseuses CNC modernes acceptent que de faible diamètres de queue. Elles sont pas conséquent inadaptées aux fraises mécaniques comme celle présentée ci-dessus.

Fraise mécanique et technique bois ?

Cependant, il existe des défonceuses (utilisée en menuiserie) acceptant des queue jusqu'à 12.7mm (comme les défonceuses Dewalt) qui permettrait l'éventuelle utilisation de la fraise mécanique (en procédant lentement pour éviter la montée en température du PTFE/Teflon).

Cette approche sera dégrossie dans le prochain article.