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Fablab, Hackerspace, les lieux de fabrication numérique collaboratifs

Avec quel matériel ?

Les lieux de fabrication sont par nature des structures aux facettes multiples, et, quels qu'ils soient, ils sont avant tout ce que leurs utilisateurs en font et leur équipement dépend donc des projets qui s'y développent. Avec cette constatation digne de La Palisse se pose donc inévitablement la question des équipements qui peuvent y être hébergés.

Pour les Fablabs institutionels, les plus formatés de ces lieux, la réponse peut être assez simple, car la philosophie "Fablab" telle que défendue par le MIT impose une certaine généricité. En effet, que vous alliez dans un Fablab de la banlieue de Toronto ou du centre de Tokyo, la volonté est à terme de vous permettre :

  • d'être opérationnel rapidement sur les équipements (ou immédiatement si vous avez déjà acquis de l'expérience dans un autre lieu) ;
  • d'assurer une compatibilité des formats et ainsi de garantir une certaine reproductibilité des objets fabriqués, mais aussi des techniques employées.

L'objectif sous-jacent est de faciliter le partage et la réutilisation de fichiers de conception, pour qu'un objet puisse être conçu collaborativement par plusieurs Fablabs.

Pour assurer cette généricité, le MIT édite (et fait évoluer) une "specification hardware" des d'équipements typiques que tout Fablab a vocation à héberger en son sein (http://fab.cba.mit.edu/about/fab/inv.html). Bien entendu, cette liste n'est qu'un guide, et toute latitude est laissée pour la décliner à volonté.

Pour les autres types de lieux de fabrication, la réponse se complexifie, puisque beaucoup ont pour démarche de réhabiliter des équipements réformés de l'industrie ou de concevoir eux-mêmes de bout en bout leurs équipements.

Apprendre à pêcher plutôt que de donner le poisson

Nous aimerions attirer votre attention sur le fait qu'une liste de matériel n'est qu'une liste. La liste du matériel, c'est un peu le poisson de la fable. Un lab ou un atelier ne se résument pas à une simple liste de course, car elle dépend des usages du lieu, des orientations prises, mais aussi de l'existant lorsqu'il s'agit de récupérer ou de mutualiser. Ou tout simplement de l'espace disponible.

Ceci dit, il faut bien lister quelques incontournables pour préparer les courses et harmoniser besoins et budget. Voici donc une antisèche de ce que l'on est susceptible de trouver dans un lab, en tentant de l'orienter par zone et par usage.

Description des différents types de zones d'activité

À noter que quand on parle de zone, on ne parle pas nécessairement de pièce : ce peut être simplement un coin dans un espace qui regroupe plusieurs pôles d'activité.

Zone hardware

Cette zone est au coeur du lab, et fourmille d'équipements ! Il serait impossible de faire une liste complète, et, naturellement, tous ces équipements ne sont pas indispensables pour commencer l'activité. Nous souhaitons seulement donner un aperçu, voire, quelques idées :

Outils de sécurité

  • gants, lunettes, casque, protection audio et masques filtrants (poussière et soudure)
  • nécessaires de premiers soins
  • extincteurs
  • détecteurs de fumée

Outils de marquage

  • crayon bois, stylo, marqueur, craie
  • set de bureau (scotch, papier, ciseau)
  • pointe tungstène ou diamantée

Outils de mesure

  • règle 20cm, 50cm, 1m
  • mètre chantier 5m
  • pied à coulisse
  • tournevis, clef (jeu)
  • pinces

Outils de chauffe

  • fer à souder
  • pistolet à air chaud
  • plaque chauffante

Outils de perçage

  • perceuse, perceuse sans fil, perceuse à colonne
  • forêts divers matériaux
Outils de ponçage
  • ponceuse droite, pendulaire, à baide, feuilles, cales à poncer
  • consommables papiers de verre
Outils d'assemblage
  • pointes, marteaux, masses
  • clou, vis
  • pistolet à colle et colles

Outils de découpe

  • scie sauteuse
  • scie circulaire
  • scie radiale
  • scie à ruban
  • combiné bois
  • scie maquette
  • CNC bois
  • CNC vinylique
  • CNC laser
  • découpe fil chaud
  • tronçonneuse à métaux

Outils de modélisation

  • scanner 3D
  • imprimante 3D

Outils liés à électricité

  • multimètre
  • alimentation régulée 0 à 15v
  • alimentation 24v
  • onduleur

Outils électroniques

  • oscilloscope
  • stations de soudure avec consommables
  • troisième main
  • composants éléctroniques
  • breadboards
  • kits Arduino

Zone software et informatique

Dans cet espace, vous devrez probablement installer des postes de travail, reliés à internet. Dans tout le lab, il peut être intéressant de disposer d'un accès internet pour les ordinateurs portables de vos visiteurs, probablement par wifi.

Pensez à mettre à disposition des personnes :

  • une ou plusieurs imprimantes
  • au moins un scanner
  • des logiciels, déjà installés et configurés sur les postes, pour pouvoir préparer les fichiers de fabrication, et documenter les projets en cours d'établissement
  • il peut être intéressant, à des fins de documentation, de vous doter d'un ou plusieurs appareils photo numériques, ainsi que d'une caméra. De la même facon, ces outils doivent être correctement intégrés à vos ressources informatiques, pour que leur utilisation soit la plus simple possible, et encourage les visiteurs à s'en servir pour documenter leurs projets.

Enfin, pour permettre les expérimentations dans le domaine de l'électronique embarquée, vous pouvez vous équiper de cartes Arduino (ainsi que de plusieurs cartes d'extensions, appelées "shields"), mais aussi raspberry pi, beagle bone, launchpad, ... de nombreuses plateformes existent : organisez avec votre communauté des ateliers d'initiation aux différentes plateformes, en fonction des envies et des compétences à partager.

Zone Stockage

Étagères et meubles divers pour ranger :

  • les consommables (outils de coupe, filament pour les machines, etc)
  • les projets des membres (potentiellement en utilisant un contenant identique pour tous, pour faciliter l'organisation)
  • la matière première
  • les pièces de récupération

Zone Accueil et repos

Afin de pouvoir se reposer et discuter avec les autres visiteurs du lieu, il est important de réserver un endroit convivial, composé de canapés, fauteuils, décorations...

Zone Cuisine

Toujours pour encourager le côté convivial du lieu, et pour des raisons pratiques (sessions de travail longues), il peut être pertinent d'aménager une zone cuisine, permettant de réchauffer des plats, de préparer des boissons chaudes. Il est envisageable de l'équiper avec un distributeur de boissons et de snacks. On peut également penser à installer un frigo, mais il faut parvenir à le gérer correctement, en se préoccupant des aspects sanitaires.

Zone sanitaire

Pour accueillir du public dans de bonnes conditions, il est indispensable de proposer un accès à des sanitaires au moins basiques (WC et point d'eau) et d'avoir la possibilité de se laver les mains après une session de bricolage, mais également d'avoir accès à un point d'eau pour nettoyer certains outils. Il est également indispensable d'avoir plusieurs trousses de secours.

Zone bois

Le travail du bois peut trouver sa place dans un fablab, que ce soit à l'aide de machines à commandes numériques, ou à l'aide d'outils classiques. Il est pertinent de regrouper toutes les activités liées au bois dans une même zone à part, parce que cela génère une importante quantité de poussière, qu'il faut aspirer. D'autre part, cela peut être une activité relativement bruyante, et donc perturber les autres activités si on ne l'installe pas dans une zone adéquate.

Zone métal

Certains lieux peuvent souhaiter se doter de moyens d'usinage plus avancés, et notamment fraiseuse de mécanicien conventionnelle ou à commande numérique, tour (potentiellement à commande numérique), poste à souder (à l'arc, TIG...), disqueuse, machine de découpe plasma...

Pensez à prévoir le cas échéant les EPI adéquats, ainsi que les espaces de stockages requis pour la matière première, spécifique, et les projets en cours, potentiellement volumineux.

Enfin, cette zone devrait probablement être réservée aux personnes ayant suivi une formation préalable, pour leur permettre d'utiliser sans danger les équipements présents dans cette zone.

Zone moulage, résine, chimique, biologique

Il est fort probable que certains membres souhaitent employer les techniques de type moulage, matériaux composites ou résines, voire, manipuler des produits chimiques (par exemple pour réaliser des circuits imprimés électroniques).

Il est indispensable de mettre à disposition des utilisateurs les EPI appropriés, et probablement une bonne idée d'indiquer les procédures de sécurité relatives aux équipements proposés. Faites attention au stockage des produits chimiques, qui est réglementé - de même que leur retraitement.

Si vous avez la chance d'avoir parmi vos membres des personnes intéressées par la biologie, il y a fort à parier qu'ils souhaitent aménager une zone spécifiquement pour leurs besoins (souvent appelée BioHackLab). Plusieurs machines dont le design a été fait par la communauté existent dans ce domaine, et vous pourrez probablement démarrer cette activité simplement en réservant un espace pour cette communauté.

Enfin, la plupart de ces techniques sont salissantes, et nécessitent un point d'eau.

Zone impression et photo

Plusieurs techniques d'impression peuvent être intéressantes pour vos membres : sérigraphie, plotter (pour impression sur grands formats), estampage, reliure. Vous pouvez également envisager d'aménager un espace adapté aux processus photographiques (chambre noire), puisqu'elle peut servir à un grand nombre de techniques.

Zone couture

Certains labs peuvent prévoir un espace pour le travail des tissus, c'est à dire non seulement la couture, avec machine à coudre, mais aussi le tricot, le crochet et les expérimentations liées aux fils conducteurs, qui permettent d'intégrer des circuits et composants électroniques sur du tissu !

Machines à commande numérique

Parce que les designs numériques peuvent être partagés directement, les machines à commande numérique ont en partie permis l'émergence d'un réseau de Fablabs. Il n'est pas forcément nécessaire de les avoir toutes à disposition (même si c'est l'idéal de beaucoup), et certaines choses peuvent être fabriquées sur plusieurs types de machines différentes. Voici une présentation plus détaillée des machines les plus courantes.

Imprimante 3D

Sans doute la machine la plus facile d'accès de nos jours, grâce à son faible coût et la disponibilité de designs libres (RepRap, voir le FlossManual à ce sujet). Non seulement une de ces machines peut être rapidement assemblée au sein d'un lab, mais certains de ses divers composants peuvent être fabriqués par le lab lui-même dans un premier temps (RepStrap). Il est assez courant qu'un lab se montant ait déjà au moins un membre en ayant une à disposition.

Pour une première machine, il est recommandé de commencer par un design largement testé (Prusa i2 ou i3, Mendelmax), car ils sont mieux documentés, testés et qu'il est plus facile d'obtenir de l'aide. Commencer par un modèle peu utilisé, expérimental, original (attention aux pièges, par exemple les machines en structure d'acrylique se cassent avec le temps) ou trop cher peut vous mettre dans une situation où vous la réparez ou ré-assemblez constamment, alors que les gens préféreraient pouvoir l'utiliser.

Avoir plusieurs imprimantes 3D est à terme en général une bonne idée.

Fraiseuse numérique

Il existe différentes classes de fraiseuses : plus une machine est rigide, et plus on peut faire de choses avec, mais également plus elle coûte cher.

Si vous voulez réaliser des circuits imprimés pour l'électronique, les plus petits modèles peuvent suffire. Votre machine devra toutefois être bien calibrée et avoir très peu de jeu.

Pour du bois (pensez contreplaqué ou MDF) et certains plastiques (HDPE, Delrin), une machine d'entrée de gamme, par exemple une ShapeOko, fait l'affaire. Elles sont en général assez lentes et extrêmement bruyantes, et leur rigidité limitée ne permet pas d'atteindre de très bonnes tolérances, mais elles font un très bon point d'entrée dans le monde du fraisage numérique si vous pouvez vous accommoder de ces limitations. Dans une optique de récupération, il faut savoir que de nombreux établissements scolaires français ont été équipés à un moment de machines de ce type, et peu sont encore en usage de nos jours...

Une machine qui peut travailler de l'aluminium peut essentiellement couper tous les plastiques et les bois. Mais l'inverse n'est pas du tout vrai : arriver à fraiser de l'aluminium, et par extension tout type de métaux, demande une machine sensiblement plus rigide.

Un piège courant est d'acquérir une machine d'entrée de gamme avec le travail de l'aluminium comme but : après des semaines de tâtonnements et de sueur, on peut arriver à quelque chose de sale, mais les temps de coupe absurdement lents, l'usure prématurée des outils, le manque de précision et le mauvais résultat général, font que la machine ne sera à l'usage jamais utilisée pour l'aluminium.

On reconnaît facilement une machine capable de couper du métal : elles sont toujours lourdes. La structure est en acier ou en aluminium, extrêmement rigide, les guidages linéaires sont de haute qualité, l'entraînement utilise des vis à billes, les moteurs sont puissants, et la broche est puissante, avec des vitesses de fonctionnement adaptées aux conditions spécifiques de coupe nécessaires pour usiner les métaux.

Ici peu d'option libre à part la Shapeoko et quelques autres du même genre, on peut toutefois fabriquer sa machine soi-même ou en convertir une à une électronique Open-Source.

Enfin, sachez que l'usinage du métal est une tâche courante dans l'industrie, et une vaste gamme de machines peut être achetée d'occasion ou récupérée.

Apprendre comment usiner de l'aluminium et autres métaux est relativement difficile : contrairement à l'utilisation d'une découpeuse laser, qui à peu de choses près est utilisable après une rapide initiation à son fonctionnement, il est indispensable d'apprendre les fondamentaux de l'usinage avant d'espérer pouvoir usiner du métal.

Quelques pointeurs qui vous sauveront peut-être des semaines de recherche : vous voulez une fraise à une seule flûte, en carbure, la plus courte possible pour le travail à faire, et la plus fine possible sans pour autant risquer de la casser (2 à 4 mm idéalement). Prévoyez un stock assorti pour les situations les plus courantes, et attendez vous à casser régulièrement des outils, qui, même lorsqu'ils sont correctement utilisés, s'usent rapidement.

Aller trop lentement est une aussi mauvaise idée que d'aller trop vite : selon l'outil et les matériaux, il faut ajuster les paramètres de coupe. Ne cherchez pas les paramètres de coupe à tâton, utilisez un calculateur par exemple : zero-divide.net/index.php?page=fswizard Dans tous les cas, des essais préliminaires avec votre machine et votre matière sont habituellement indispensables pour peaufiner tous les réglages.

L'évacuation des copeaux est cruciale, soufflez de l'air comprimé sur la fraise, injectez de l'huile dans l'air n'est pas du luxe, sinon lubrifiez manuellement régulièrement.

Sachez également que les efforts d'usinage peuvent mettre à mal la fixation de votre pièce en cours d'usinage, et que cela peut être dangereux : avant de lancer le cycle d'usinage, assurez vous de l'avoir correctement fixée au bâti de la machine !

Là encore, il peut être pertinent de se rapprocher des communautés pré-existantes, qui disposent souvent de forums de discussions thématiques de passionnés.

Découpeuse laser

Les découpeuses laser sont rapides, très précises, et faciles à utiliser. Ses limitations sont surtout les matériaux utilisables : contreplaqué, MDF, acrylique, carton, tissus. Le coût d'une machine est directement proportionnel à sa taille et sa puissance. Une machine commence à être utile à partir de 40W de puissance, mais c'est surtout la zone de travail qui déterminera les types de projets possibles. 

Peu d'options libres ici. La version de Buildlog.net l'est mais est relativement chère à fabriquer. Les conversions à une électronique libre sont assez faciles.

Découpeuse vinyle

La découpeuse vinyle déplace un "cutter" sur une feuille ou un rouleau pour découper des formes. D'usage limité, leur faible coût, relative simplicité et la complémentarité avec les autres machines en fait toutefois un classique du Fablab. Pas d'option libre, on trouve des modèles facilement dans le commerce.