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Photo 6

Les plaques de polystyrène extrudées constituant les nervures du bord d'attaque sont découpées au fil chaud. La technique de la découpe au fil chaud est décrite dans le livre "Le Guide du Styro-Mouleur" que l'on trouvera ici. Ce livre propose la fabrication de plusieurs outils de découpe dont la Pyroscie, la table de découpe et l'alimentation électronique du fil chaud.

1) Outils et méthodes :

La Pyroscie permet de faire des découpes à l'aide de gabarits. Le bloc de polystyrène est fixe et le fil chaud mobile est manipulé par l'opérateur. Pour réaliser des découpes linéaire il est préférable de disposer d'un fil chaud fixe et de déplacer le bloc de polystyrène en l'appuyant contre un guide.

La photo 1 montre la Pyroscie et la table de découpe que j'ai utilisée.

J'ai réalisé deux Pyroscies : une de longueur 23 cm (longueur du fil chaud) pour la découpe des nervures des élevons et une de 124 cm (voir photo 3) pour la découpe des nervures de bord d'attaque de l'aile. L'alimentation du fil chaud décrite dans le livre donné en référence dispose d'un ampèremètre qui permet de mesurer le courant parcouru dans le fil et ainsi de régler sa température. En effet, la température ne dépend que du courant qui circule dans le fil. Ainsi pour un courant donné, la température est constante quel que soit la longueur du fil.

Il existe différents types de fil résistifs : Nichrome (Nickel / Chrome), Khantal (fer / chrome / aluminium) et Constantan (Cuivre / Nickel). J'ai utilisé du Khantal de 0,3 mm de diamètre trouvé chez Tech-Parts (revendeur Ebay). Ce fil fait 18,8 Ω par mètre et a donc une résistivité de 1,33 Ω.mm2/m

La vitesse de déplacement du fil chaud (ou du polystyrène dans le cas de la table de découpe) doit être constante. Cette vitesse dépend de la température du fil. Pour une température de 300 degrés, une vitesse de 0,5 cm/s donne de bon résultats.

On utilise une règle pour guider le polystyrène lorsqu'on utilise la table de découpe. Il faut veiller à bien plaquer le polystyrène contre la règle pendant la découpe. Pour cette opération il est préférable de pousser ce dernier plutôt que de le tirer (voir la vidéo 1).

On utilisera une équerre pour guider les bandes étroites comme le montre la photo 2. On utilise la PyroScie avec deux gabarits identiques entre lesquels est placé un bloc de polystyrène. Celui-ci est maintenue en place par la pression des gabarits.

Lors de la découpe, il se crée autour du fil chaud une zone où fond le polystyrène. La taille de cette zone dépend de la température du fil et de sa vitesse de déplacement. Avec un courant de 3.5 ampères et une vitesse de déplacement de 1 à 2 cm/s, cette zone fait environ 1 mm de diamètre.

Il faut tenir compte de la taille de cette zone lors de la réalisation des gabarits et donc les réaliser à la cote augmentée de 0,5 mm.

Cependant la taille de cette zone diminue autour du fil qui est en contact avec le gabarit et la pratique montre que sur cette zone d'environ 1 ou 2 mm d'épaisseur la cote suit exactement le gabarit. Sur cette épaisseur le polystyrène n'est donc pas à la cote puisque le gabarit est supérieur à la cote. On poncera avec un grain fin (120) cette zone pour la ramener à la bonne cote.

Pour couper une plaque dans son épaisseur, on utilise la grande Pyroscie que l'on place sur l'établi comme le montre la photo 6.

Celle-ci est fixée de telle manière à pouvoir faire varier sa hauteur par rapport à l'établi (voir la photo 4). On utilise pour cela une rallonge en aluminium doté d'un trou oblong permettant de fixer la Pyroscie sur l'établi par l'intermédiaire d'une cale en bois. L'autre coté est simplement posé et maintenu avec une équerre pour permettre la mise en tension du fil (voir photo 5).

On règle la Pyroscie à la hauteur désirée et on fait glisser les plaques de polystyrènes pour les découper.

Ce montage est utilisé pour tailler les nervures en polystyrène du bord d'attaque de l'aile et des élevons dont l'épaisseur est de 25 mm.

2) Dimensionnement du fil chaud :

Il faut déterminer le courant que doit parcourir le fil pour une température cible voulue. Le fil est caractérisé par sa résistivité ρ exprimée en Ω.mm2/m. On en déduit sa résistance R pour une longueur L et un diamètre D donnés :

R = 4 ρ L / π D2

La puissance dissipée dans le fil est :

P=R i2

Pour calculer la température d'équilibre lorsque le fil est parcouru par un courant i donné, il faut se donner le coefficient d'échange thermique dû principalement à la convection. Celui-ci peut expérimentalement être pris à la valeur suivante h = 2. 10-4 W/(mm2 °C) (voir le site rève de pierre). La température d'équilibre se calcule alors à partir de l'équation suivante dans laquelle ΔT est l'accroissement de température par rapport à la température ambiante :

P=R i2 = h π D L ΔT

On en déduit le courant :

i2 = h π2D3ΔT / 4 ρ

Pour le fil que j'ai utilisé de diamètre 0,2 mm et 1,2 m de longueur, porté à la température de 300 °C (donc pour un accroissement de température de 280 °C si on considère une température ambiante de 20 °C), on déduit :

  • Résistance 22,58 Ω.
  • Courant 1,67 A.
  • Tension 37,82 V
  • Puissance dissipée 63,33 W.
Le fichier excel téléchargeable ici permet de calculer le courant pour un fil de caractéristiques données.