Panels

Version 1 :

En 2011, année du démarrage de mon simu, la fabrication des panels relevait un peu de la gageure ! souvent, c’était une plaque de plexiglass (PMMA) recouverte d’une feuille imprimée pour reproduire les inscriptions, et percée à la perceuse et à la lime, travail au combien fastidieux … et puis, pour les liners, il y avait les korrys, tout aussi difficiles à reproduire.

Je ne me suis lancé dans l’aventure qu’après avoir compris qu’une fraiseuse CNC était indispensable pour obtenir des résultats un peu réalistes, et en trouver une à acheter à un prix raisonnable (une chose suisse, qui m’a demandé pas mal d’efforts pour la rendre opérationnelle, mauvais souvenir).

Les principaux problèmes sont la gravure des inscriptions et le rétro-éclairage, ainsi que les korrys (voir “Korrys”).

La constitution de mes premiers panels (conception toujours d’actualité) est la suivante :
– Une face avant en PMMA translucide (il faut que l’aspect tire vers le blanc, tout en restant suffisamment transparent à la lumière pour le rétro-éclairage), épaisseur de 2 ou 3 mm,
– Une contre-face en PMMA transparent , épaisseur de 5 à 6 mm, sur laquelle sont fixés tous les switchs, potentiomètres, encodeurs, .. , ainsi que 3 ou 4 tiges filetées sur lesquelles sera montée la face arrière,
– U
n éventuel pcb pour établir les liaisons entre les divers composants de la contre-face, et supporter afficheurs digitaux, leds ..,
– Une face arrière en mdf, qui accueille les connecteurs sub-d, ainsi que des barrettes de led pour le rétro-éclairage.

La face avant :

Face avant du panel, gravée à la CNC

La face avant est d’abord découpée et percée à la CNC (fraise 1 dent diamètre 2 ou 3) : le PMMA ramollit vite sous l’effet de la température, il faut donc fraiser en avançant vite et en soufflant de l’air frais sur la fraise de façon à produire des copeaux épais et les évacuer ; de même, il faut veiller à utiliser du PMMA coulé (et non extrudé), sa température de ramollissement est supérieure.

La face est ensuite finement poncée (grain 600 à 800) puis peinte à l’aérographe, peinture vinylique satinée, j’applique 4 à 5 couches, séchage rapide de chaque couche au sèche cheveux. Il est important d’obtenir une peinture bien sèche et solide.

Vient ensuite la phase de gravure à la CNC : il faut repositionner précisément la plaque sur la CNC de façon à retrouver le même repère géométrique que celui de la découpe ; je procède comme suit :

Dès la phase de découpe, je fixe la future face sur une plaque rectangulaire de mdf (adhésif double face de précision, il est important que l’ensemble soit d’épaisseur très constante – précision de l’ordre du 1/10 requise) ; cette plaque est fixée sur la cnc, contre une équerre elle-même fixée sur la table de la cnc ; cette équerre permettra un repositionnement précis de la plaque après peinture.

Après la découpe, je n’arrête pas la CNC, de façon à ce que les coordonnées de la machine soient conservées ; je retire la plaque, protège avec de l’adhésif les 2 bords de la plaque en contact avec l’équerre (pour que la peinture ne modifie pas la géométrie de la plaque), et procède à la peinture. Une fois la face bien sèche, il suffit de repositionner la plaque support contre l’équerre, et d’entreprendre la gravure.

Je grave avec une fraise javelot pointue (15°, diamètre pointe 2/10) ; il faut avoir dessiné les inscriptions avec une police filaire (opération de gravure), ou une police contour (opération poche) ; profondeur de gravure de 1/10, si insuffisant il faut repasser avec une profondeur de 15/100, voir 20/100.

La difficulté de la gravure résulte du fait que la planéité du PMMA n’est pas parfaite : si la gravure offre la bonne profondeur à certains endroits, elle risque d’être insuffisante à d’autres endroits, d’où de nécessaires reprises ; il est pratique, lors de la définition des opérations de gravure, de les regrouper par zones géographiques restreintes, de façon, lors d’une opération de reprise, à pouvoir ne reprendre que les zones insuffisamment gravées.

La contre-face :

La contre-face du panel, dans laquelle les korry coulissent

La contre-face est découpée et percée à la CNC ; c’est la pièce sur-laquelle sont fixés les switchs et autres potentiomètres (sauf s’ils sont fixés sur le pcb), il faut donc prévoir pour chacun de ces composants un lamage qui permet d’y loger les écrous de fixation sans qu’ils ne dépassent coté face avant.

Il faut également pratiquer les ouvertures correspondant au passage des korrys et des afficheurs digitaux, et prévoir la fixation de 3 ou 4 tiges filetées qui serviront à fixer la faces arrière : une écrou de chaque coté de la contre-face, donc également un lamage pour intégrer l’écrou coté face avant. Enfin, il faut y rajouter les trous nécessaires à la fixation d’un éventuel pcb (vis + colonnette).

La face arrière :

En face arrière du panel, les led du rétroéclairage et la connectique

Cette face arrière est également usinée à la cnc, pour en particulier y creuser les lamages qui acceuillent les connecteurs sub-d ; le rétro-éclairage est assuré par des bandes de led (bande sécable par groupe de 3 led) disposées en fonctions des gravures de la face avant, et des composants internes qui gênent la propagation de la lumière. J’utilise des leds “chaudes” et dépose par dessus une trace de peinture à vitrail jaune-orangé.

Le pcb :

Le pcb du panel, avec les poussoirs destinés aux korry

Rajouter un pcb pour assurer les connexions électriques, ou y placer les boutons poussoirs des korrys (exemple ci-contre), est tentant, mais attention, il faut que le réseau des connexions soit le moins dense possible pour permettre à la lumière du rétro-éclairage de “passer” facilement ; il est  judicieux d’ajourer au maximum ce pcb.

Câblage et finalisation :

Câblage du panel

La principale difficulté du câblage réside dans le fait qu’il faut qu’il ne gène qu’au minimum le passage de la lumière.

Les korry, guidés par la contre-face, en appui sur les poussoirs soudés sur le pcb

Au final, la face avant est fixée à la contre-face par 2 ou 3 petites vis btr à tête fraisée ; on obtient ainsi des panels parfaitement modulaires.

Le panel terminé
Le panel monté, led en fond de montage

Version 2 :

Avec la première version, certains panels présentent un rétro-éclairage peu uniforme, car le câblage interne, trop dense, gène la propagation de la lumière ; l’apparition de leds cms “chaudes” et peu chères apporte une solution simple à mettre en oeuvre.

Soudure d'un composant cmc

Souder un composant cms, en l’occurrence boitier SMD 3528 (3,5 x 2,8 mm), est simple si l’on s’y prend bien ! je positionne la led sur le pcb, puis pose dessus un objet lourd, ici le pied de ma “seconde main”, en laissant dégagée l’une des 2 faces à souder ; c’est le noeud de l’affaire ! la cms ne doit plus bouger même si on la pousse légèrement. Je coupe ensuite un morceau de soudure d’environ 2 mm que je pose sur la pastille cuivrée et que je pousse contre la face à souder de la cms  à l’aide d’une longue pince brucelle.

Il suffit alors de poser la pointe fine d’un fer à souder faible puissance (j’utilise une station Weller 40w) sur le cuivre, tout près de la soudure, sans la toucher ; la soudure fond et gagne la cms par capillarité, on retire le fer à souder ; la cms est désormais solidaire du pcb, il suffit de retirer le pied et de souder l’autre face de la cms.

Le pcb rétro-éclairage du panel
Le pcb du panel, avec ses led cms
Assemblage de la contre-face et du pcb du panel

Le reste du processus ne varie pas ; dans cet exemple, un panel spécial ATC pour Radar contact disposant de 16 boutons poussoirs directement soudés sur le pcb, et pilotés par une carte Bodnar BU0836 fixée sur la face arrière du panel.

Face avant du panel, découpe et gravure à la CNC
la face avant
La contre-face du panel
la contre face
Un poussoir
un bouton poussoir
Usinage recto des capuchons pour les boutons poussoirs

Les capuchons des boutons poussoirs sont usinés recto-verso à la cnc dans une plaque de polycarbonate.

Usinage verso des capuchons pour les boutons poussoirs

Pour obtenir un rétro-éclairage bien uniforme, il faut veiller aux 2 points suivants :
– l’angle d’ouverture des led relativement faible impose une implantation dense (une led pour quelques chiffres/lettres),
– les led ne doivent pas être placées directement sous les inscriptions mais légèrement décalées pour ne pas présenter d’effet de halo.

Test du rétro-éclairage
Panel terminé, éclairage bien uniforme
Vue arrière du panel terminé

Version 3 :

Pourquoi une autre version ? 
– la couleur des gravures : si rétroéclairage, ç’est vraiment pas mal, mais si pas rétro-éclairage, le blanc des gravures n’est absolument pas blanc, et les gravures sont en fait mal lisibles ; ceci tient au fait que le PMMA de la face avant n’est pas blanc, mais translucide pour laisser passer la lumière (en fait, d’autant plus translucide, donc moins blanc, que son épaisseur est importante).
– la qualité de la lumière : sur les vrais panels, et jusqu’à il y a peu, le rétro-éclairage est confié à des minuscules ampoules bulbes (2 fois plus petites que les traditionnels “grains de riz” qui mesurent près de 6 mm de long), à la température de couleur incomparable, et qui offrent un éclairage très uniforme.

Des gravures blanches :

Comment les vrais panels sont-ils réalisés, qui offrent un blanc parfait lorsqu’ils sont éteints, et un rétro-éclairage bien uniforme lorsqu’ils sont allumés ? un (très) gentil membre sur un forum m’a un jour offert une magnifique face avant d’un panel d’A340, alors je sais donc désormais tout ! très jolie pièce, mais qui me semble très difficile à reproduire avec les outillages dont je dispose.

La face avant est constituée de 2 sous-ensembles, la face avant proprement dite, et un circuit imprimé sur-lequel sont placées les micro-bulbes lumineux, vissés dans de minuscules douilles soudées sur le circuit. 

La face avant présente de petits évidements à l’aplomb des bulbes pour permettre leur encastrement, une goutte de peinture blanche au fond semble là pour éviter que la lumière face “halo” en face avant.

La matière de la plaque avant semble être un plexi diffusant (j’ai l’impression qu’il s’agit d’une pièce coulée ??), peinture blanche au dos ; devant, les inscriptions blanches présentent un très léger creux (1/10 mm), je pense qu’il s’agit d’une gravure laser qui traverse la peinture grise extérieure pour atteindre une couche de peinture blanche.

En résumé : une plaque de PMMA, peinture blanche au dos, peinture blanche devant, recouverte de peinture grise : les ampoules sont encastrées dans la plaque, les rayons lumineux se propagent grâce au caractère diffusant du PMMA, et à la réflexion sur les 2 faces blanches de l’objet. Gravure de la couche de peinture grise, en laissant intacte la couche de peinture blanche.

Pour réaliser cela, je pars d’une plaque de PMMA coulé de 6 mm, qui sera peinte en blanc des 2 cotés, puis en gris coté face, avant gravure à la cnc ; il va falloir :
– que la couche blanche coté face soit d’une épaisseur régulière, suffisamment épaisse pour que son aspect soit bien blanc, mais suffisamment mince pour laisser passer la lumière,
– que la couche grise soit d’une épaisseur constante, de façon à ce que la gravure la traverse mais juste assez pour ne pas altérer l’épaisseur de la couche blanche sous-jacente.

La précision de ma CNC est au mieux de 25/1000, une couche de peinture vinylique passée à l’aérographe a une épaisseur de l’ordre de 1 à 2/100, et la surface du PMMA présente des irrégularités qui peuvent atteindre les 2/10 ! là, il y a véritablement challenge …

Peinture blanche : je passe 10 couches, sèche cheveux entre chaque couche ; j’obtiens une épaisseur de 11/100.

Peinture grise : 4 couches, j’obtiens une épaisseur de 4/100.

Représentation de la surface du panel
relevé des irrégularités d'épaisseur du PMMA
Test de gravure

Pour la gravure, levelling obligatoire pour corriger les irrégularités d’épaisseur : relevé d’épaisseur selon une matrice de points (j’utilise ma sonde 1d, voir page correspondante, et le logiciel Autoleveller en version payante), ce relevé est mixé avec le g-code de gravure de façon à corriger les profondeurs de gravure par les écarts d’épaisseur de la plaque (toujours avec Autoleveller).

Puis je grave avec une profondeur de passe de 5/100 (ça correspond à 2 pas du moteur pas-à-pas des Z sur la CNC), juste de quoi traverser la couche de peinture grise ; le premier résultat n’est pas satisfaisant, l’épaisseur des couches de peinture n’est visiblement pas assez régulière.

Je recommence la peinture en adoptant un semblant de protocole : 1 couche = 1 passage de gauche à droite, 1 de droite à gauche, 1 de haut en bas et 1 de bas en haut ; je déborde largement pour éviter toute sur-épaisseur sur les bords.

Puis re-gravure, le premier passage est un peu limite, la couche grise n’est pas complètement traversée ; j’effectue une seconde passe en augmentant la profondeur de passe de 25/1000 : je devrais donc pénétrer le blanc de 25/1000, et conserver intact une épaisseur de blanc d’environ 80/1000.

Eh bien, ça semble pas mal !! pas parfait, mais suffisant pour continuer …

Un rétro-éclairage chaleureux :

Outre une température de couleur incomparable, les petits bulbes à incandescence (grains de riz) présente un angle d’éclairage qui dépasse les 180°, angle bien plus large que celui des led, et bien plus propice à une diffusion large de la lumière au sein d’une plaque de PMMA ; hélas, la hauteur de ces grains de riz est très généralement de 6 mm, ce qui ne permet pas de les intégrer dans une plaque de 6 mm (épaisseur face avant).

Le pcb et les micro-bulbes à incandescence
Panel blanc et panel transparent

Et puis une opportunité rare se présente : un lot de quelques centaines de bulbes ref 7132 T1, hauteur 3,5 mm comme sur les vrais panels, alim 5V ! ; avec l’aide d’un autre gentil membre canadien, je me rends aussitôt acquéreur du lot, de quoi équiper mon simu.

Gravure du pcb, fraisage de la face avant, de façon à ce que le pcb soit entièrement encastré (épaisseur 16/10), il reste une épaisseur de 44/10, suffisante pour encastrer les bulbes de 35/10  (attention, l’épaisseur résiduelle est faible, il faut ruser avec la cnc pour éviter le ramolissement du  fond de l’encastrement).

Il faut également usiner la contre-face pour encastrer les soudures des bulbes et ménager une sortie pour le connecteur d’alimentation de l’éclairage.

J’essaie deux faces avant, l’une en PMMA diffusant blanc et l’autre en PMMA diffusant très clair ; le résultat me semble sans appel, la lumière ne diffuse pas assez dans la face blanche (il faudrait densifier l’implantation des bulbes) ; je retiens donc la version claire.

Test diffusion dans le panel blanc
Test diffusion dans le panel transparent

Je passe donc à la phase peinture ; pour le coup, je me suis doté d’un petit pistolet à peinture, d’une contenance supérieure à celle de mon aérographe, pour disposer d’une autonomie suffisante pour l’application des multiples couches.

Puis dernière phase, celle de la gravure, et un obstacle imprévu très gênant se présente : le relevé du relief de la plaque peinte (levelling) se fait suivant une matrice de points équirépartis qui recouvrent la plaque : mais il se trouve que cette plaque présente des ouvertures, dans lesquelles tombent forcément certains points : les profondeurs relevées à ces points ne seront plus représentatives des variations d’épaisseur de la plaque, et le logiciel de levelling ne sera pas capable de réaliser les interpolations de hauteur entre les divers relevés !

Heureusement, le fichier des relevés est un fichier texte, je suis donc en mesure d’aller corriger les mesures non significatives, en interpolant à l’aide des relevés périphériques. Gravure …

Panel terminé, sans rétro-éclairage
Panel terminé, avec rétro-éclairage

Voici le résultat brut (les photos ne reflètent que mal la version rétro-éclairée) : le blanc est bien blanc, et le rétro-éclairage est vraiment magnifique ; un petit bémol dans le coin inférieur gauche, où le positionnement du bulbe est trop proche de la gravure, rien de grave. 

Bilan : cette formule semble idéale, il faut cependant vérifier que la chaleur dégagée par les bulbes n’est pas excessive ; elle est délicate de mise en oeuvre à deux endroits :
– la bonne épaisseur des couches de peinture est cruciale : il faut peut-être utiliser une autre peinture plus épaisse (peinture bi-composant ?) pour réduire le nombre de couches et donc au final les variations d’épaisseur.
– le levelling : lors du relevé matriciel, il faudrait pouvoir neutraliser les points situés dans les ouvertures de la face, et surtout automatiser leur remplacement par des points artificiels obtenus par interpolation ; programmer un post-processeur effectuant ces taches ne semble pas hors de portée …

Une autre piste :

Dans cette formule, l’idée est de contourner le faible angle d’éclairage des led en les plaçant sur la tranche de la contre-face (il est facile de trouver des bandes de led d’une largeur de 8 mm) ; la contre-face est recouverte au dos de papier d’aluminium (une peinture blanche serait vraisemblablement adéquate), et le dos de la face avant est également peint en blanc : de la sorte, les rayons lumineux des led sont alternativement réfléchis par les 2 faces, et se propagent bien au sein de la plaque de PMMA.

Une plaque de plexi posée sue feuille d'alu, bande de leds sur le champ
une bande de led disposée sur le champ de la plaque de plexi
Un panel posé sur la plaque de plexi éclairée sur champ

Le résultat est assez spectaculaire, dans cet exemple seule une tranche est éclairée ; il reste tout de même à vérifier ce que cela donne lorsque la contre-face est équipée de ses divers composants, qui risquent de gêner la propagation des rayons lumineux ; possibilité de placer une seconde bande de led sur la tache opposée à la tranche déjà équipée.

Remarque : la sur-épaisseur des bandes de led n’est pas gênante, dans la mesure où les dimensions de la contre-face peuvent être nettement inférieures à celles de la face avant.

4 réflexions sur « Panels »

  1. je viens de redécouvrir ton site et c’est IMPRESSIONNANT !
    je t’admire dans ta détermination à trouver une solution et transmettre ton savoir….
    Encore BRAVO !

    Philippe (Philecot)

    bonne année 2019

    1. Merçi Philippe ! c’est vrai que trouver comment faire me motive énormément ; en ce moment, c’est une seconde version du sidestick qui me mobilise, mais le comment faire n’est pas encore complètement là …

      Très bonne année 2019 à toi et à tous les “simmers”.

      Michel

  2. Bonjour Michel
    pour tes panels tu dois pouvoir effectuer un surfaçage pour obtenir une épaisseur “plus” identique de toute la surface de ta pièce ?
    Je ne pense pas que ce soit moulé car il y aurait quand même necessité de faire un surfaçage avant gravure
    Il est possible que l
    Et si tu fait ta gravure sur la matière brute et que tu peints le blanc qui rentrera dans tes gravures avec donc une plus grosse épaisseur dans les creux
    Tu peints ton gris et tu repasses en gravure moins profond pour conserver du blanc partout …aussi bien au fond de ta gravure que sur les cotés
    Ne laissant ainsi aucun passage de lumiere en cas de source trop proche de la gravure

    N’y aurait-il pas une petite couche de noir au dessus du blanc ?
    Pour les boutons, c’est du transparent (certainement usiné plutot que coulé ) avec une couche de noir et ensuite le gris clair.
    Il est possible que ce soit de la matière extrudée qui passe ensuite dans un “refroidisseur conformateur” pour finir aux tolérances exigées.

    C’est pour te changer de ton acharnement sur le stick !
    Amicalement
    Philippe

    1. Bonjour Philippe,

      j’ai déjà essayé les 2 pistes que tu suggères :
      – Le surfaçage : tant à la fraise qu’au fly-cutter, le résultat n’est pas satisfaisant dans la mesure où les traces laissées par les outils se voient une fois le panel peint ; je pense que cela tient à la nature du support, le PMMA, dont la température de ramollissement est vraiment très faible.
      – Graver d’abord, puis peindre en blanc puis en gris, puis re-graver : il y a une première difficulté, surmontable mais c’est lourd : repositionner parfaitement le panel, après la découpe, puis après la première gravure ; et puis surtout, il faut noter que lorsqu’on peint, il y a un très léger “bourrelet” de peinture qui s’accumule le long des arrêtes vives, et donc le long des bords de la gravure, ce qui fait que la seconde gravure n’est pas vraiment nette.
      Mais je dois t’avouer que sur ce second point, je n’ai pas vraiment insisté, je vais y repenser.

      Quand à une couche de noir entre le blanc et le gris, je peux t’affirmer qu’il n’y a pas ça sur le vrai panel en ma possession (COMPT TEMP, A350) ; cela se verrait sur tous les chanfreins, en particulier sur le pourtour des korrys ; mais pour les boutons, why not, je crois que c’est d’ailleurs le cas dans la réalité.

      Michel

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