TPU et impression 3D dans le FPV

L’impression 3D est fortement liée à notre hobby et les TPU jouent un rôle crucial dans la durabilité de nos machines. Leur conception est aussi subtile que la conception d’un châssis. Au travers du set TPU bando pour le JeNo conçu avec Alex (Heim_FPV) des #BandoLovers, on expliquera les choix que l’on a fait pour vous aider dans la création ou le choix de vos propres TPU.

Dans un second temps, on partagera quelques conseils pour réaliser des impressions de qualité et nous vous conseillerons quelques imprimantes 3D à prix raisonnable et adaptées à nos besoins pour le FPV.

La vidéo sur l’impression 3D pour le FPV

Conception des TPU

Contexte

Le TPU (de l’anglais polyuréthane thermoplastique) est un type de filament très utilisé dans l’univers du FPV. Contrairement aux filaments plus classiques, celui-ci est plus ou moins élastique, ce qui le confère plusieurs qualités qui nous intéressent :

• Solidité : comme il s’étire sous la contrainte, il ne casse pas
• Amortissement : son côté élastique permet d’absorber les chocs et les vibrations
• Stabilité : après avoir été étiré, il revient à sa forme initiale et ne se déforme donc que très peu

Je ne me posais que peu de questions au moment de faire mes TPU. Tant que ça protégeait les bras de la délamination et qu’ils maintenaient correctement les antennes et la caméra, ca m’allait.

L’été dernier, lors de mon passage dans le Sud, chez les #bandolovers, j’ai été surpris en voyant à quel pour leur TPU étaient optimisés pour le bando !

En plus d’avoir laissé un JeNo à Alex, pour qu’il lui fasse la misère en bando, on a travaillé avec lui pour concevoir un set de TPU optimisé pour le bando, infiniment plus efficace que notre kit TPU originel.

Avant de passer en revue ce kit, on va voir les questions à se poser pour bien définir nos besoins en terme de TPU. Qu’il s’agisse de créer les nôtres ou d’en choisir qui existent déjà.

Définir le besoin

Les TPU nous servent essentiellement à 4 choses : 

• Amortir les chocs, pour limiter le risque de casse et de délamination du châssis. Sachant qu’un certain amortissement peut aussi protéger l’électronique de nos quads.
• Protéger certains composants plus exposés, comme les antennes, les moteurs et les caméras HD
• Fixer les éléments flottants, comme l’antenne du RX, le buzzer ou le condensateur.
• Absorber les vibrations, essentiellement au niveau des caméras

Comme toujours, tout est question de compromis : plus on va vouloir protéger le quad et plus les protections vont peser lourd.

Il faudra donc prendre en compte le besoin et le niveau de risque que l’on souhaite adresser. Le kit TPU par défaut du JeNo est très bien pour du freestyle dans la nature ou pour du cruising. Par contre, on a constaté qu’il n’était pas idéal pour un usage bando.

Pour un kit bando, on va pousser le curseur vers un davantage de renfort, en acceptant le surpoids que cela va engendrer.

Compenser les points faibles du châssis

Essayez d’identifier les points faibles de votre châssis pour les compenser grâce aux TPU. Tout châssis résulte d’une multitude de compromis permettant d’atteindre différents objectifs (poids, solidité, gestion des vibrations, ergonomie, esthétique…). Donc même si votre frame est géniale, elle a forcément des faiblesses potentielles, ou du moins des points qui mériteraient plus de renfort que d’autres.

On a fait cet exercice pour le JeNo, et même si tout n’est pas avéré, voici ce que l’on avait identifié et qui nous a servi de base de travail :

• Bottom plate : peu de carbone entre les bords et les usinages pour les camera plates
• La cage en carbone : là où les frames plus classiques exposent directement le bus lors de chocs frontaux, sur le JeNo, c’est la cage qui va taper en premier
• La faible surface de carbone autour des vis dans les coins arrière des top et bottom plates
• Le risque habituel lors de mouvements en marche arrière ou de matty flip pouvant provoquer de violent chocs sur l’arrière de la bottom plate

D’autres paramètres peuvent être pris en compte comme la facilité d’impression, la quantité de matière nécessaire, l’utilisation de supports ou non etc.

Par exemple, DFR vend le JeNo avec un kit de TPU. Pour être en mesure de rester à un tarif raisonnable, ces TPU ont été pensés pour être faciles et rapides à imprimer, sans consommer trop de matière.

Le set TPU bando du JeNo

Les TPU en question sont disponibles sur la page Printables officielle du JeNo 5.1″ (dans les fichiers puis dans le dossier « TPU Bando Edition »).

Nous allons passer en revue les principaux éléments de ce set en expliquant chacun de nos choix.

Cage caméra et bumper avant

Le but ici est d’absorber une partie des chocs frontaux pour préserver la frame et la caméra FPV.

Sur le JeNo, les camera plates sont aux premières loges en cas de choc frontal et on craignait que ça soit un point faible. Finalement elles se sont avérées pratiquement indestructibles grâce à leur épaisseur de 3mm. 

De plus, la caméra est totalement intégrée dans le châssis tout en maintenant un FOV 100% dégagé. Mais on souhaitait tout de même protéger cette cage convenablement en intégrant un petit bumper. 

La forme particulière des camera plates nous a demandé pas mal de réflexion et d’essais. Notamment avec des versions en 3 parties, mais elles avaient tendance à bouger après avoir été trop malmenées en bando. 

Finalement, Olivier (nochamo) est revenu à un design en un seul bloc qui s’imprime bien, en l’imprimant à plat. Et surtout qui règle tous les problèmes : 

• protection des camera plates
• ajout d’un petit bumper avant
• protection de la bottom plate

Selon vos frames, ne lésinez pas sur le bumper avant !

A noter qu’on a aussi des déclinaisons pour les camera plates ciné et High Tilt.

Protections de bras

La fonction première des protections de bras est de limiter la délamination du carbone suite à des chocs répétés, en plus d’amortir les impacts.

Mais souvent on leur en demande un peu plus : 

• Ajout de patins sous la frame pour glisser sur le sol sans abîmer les têtes de vis
• Protection des moteurs

Pièges à éviter : 

• Serrage des têtes de vis dans le TPU, susceptibles de passer à travers les TPU. Toujours privilégier le serrage contre le carbone.
• Frottement de l’axe moteur contre le TPU

On modulera autour de ces exigences. Pour le kit bando du JeNo, on a prévu 2 modèles : le chausson et la chaussette !

La version chaussette englobe tout l’embout de bras et n’a aucune chance d’être arrachée (car verrouillée par les vis moteur).

La version chausson offre une protection similaire mais peut être retirée sans dévisser le moteur. C’est plus pratique, mais moins “ejection-proof”.

Dans les 2 cas : 

• Un patin est ajouté sous le bras
• 3 “excroissances” offre un certain degré de protection des moteurs
• les têtes de vis sont protégées et se serrent contre le carbone

Certains pilotes vont même jusqu’à protéger les cloches moteurs sur toute le hauteur :

Protection des antennes et bumper arrière

L’arrière aussi a ses besoins en TPU, tant pour la protection que pour la fixation des antennes.

Bumper arrière

On va commencer par le bumper arrière, il est indispensable pour les adeptes des matty et autres mouvements en marche arrière. Vu son faible poids, pas de raison de s’en passer ! En cas de gros impact sur l’arrière, il a de bonne chance de sauver votre châssis. On l’utilise aussi pour fixer l’antenne du récepteur radio !

Protection de l’antenne VTX

L’antenne du VTX est souvent la partie du drone la plus proéminente, et donc la plus exposée en cas de crash. 

J’avais pour habitude d’utiliser une pigtail µFl vers connecteur SMA pour visser une antenne amovible. Je pensais que c’était l’option la plus durable. Mais justement l’été dernier, lors de mon premier gros crash dans le bando des BL, l’antenne était intacte par contre c’est à l’intérieur de la pigtail elle-même que l’antenne s’est sectionnée !

On oublie donc les antennes SMA pour du bando ! Les antennes avec une connexion µFl sont finalement les plus durables Ca tombe bien, c’est en général ce qui est fourni avec les vTx.

Notre protection est assez classique, elle englobe complètement l’antenne, empêchant les torsions mais aussi en protégeant la “capsule” de l’antenne. C’est d’autant plus important avec l’antenne du O3 dont le capuchon est très fragile et saute au premier crash. Le support est disponible en 2 versions, pour l’antenne du O3 et les antennes type « cherry » des Vista.

On en a profité pour encapsuler les coins de la top plate pour lui offrir une protection supplémentaire.

Bonus : il est souvent difficile d’extraire les antennes VTX de ces protections. C’est pourquoi on a gardé 2 trous qui permettront de pousser la capsule avec un tournevis pour extraire l’antenne plus facilement.

Notre support est prévu pour les antennes classiques, mais d’autres pistes sont valables. Comme utiliser des antennes très courtes (cf. backpack de Florian) ou carrément des antennes linéaires ! Vous perdrez un tout petit peu au niveau du signal sans que ça soit un problème et les antennes seront pratiquement indestructibles. C’est ce que j’avais fait il y a quelques années sur mon Tiny Whoop.

PlatyFPV et Flèche FPV utilisent également des antennes linéaires, en les intégrant proprement grâce à des TPU :

Flèche a également partagé un tuto pour réaliser ses propres antennes linéaires à pas cher.

Protection de caméra

A l’époque, Alex volait en Action2 et la protection qu’on avait pour le JeNo était un peu light pour du bando. On a donc ajouté au pack bando une déclinaison plus robuste, qui ne prend pas de filtre ND.

Un petit point d’attention : si votre caméra dispose d’un écran, évitez d’utiliser un support de caméra avec une cale à l’arrière. En cas de collision frontale, le support va se tordre en arrière et la cale risque de briser le verre de l’écran. Attention également à espacer suffisamment la lipo, dans la mesure du possible.

Bonus by Meekaah

Je vous invite à aller regarder la vidéo de Meekaah ou il explique comment il monte son Fusion F212 Bando Edition, la vidéo est super intéressante. Vous profiterez de l’expérience de quelqu’un qui est spécialisé dans le bando et qui sait parfaitement comment optimiser sa machine pour cet usage.

Je ne vais pas trop spoiler ici parce que ça vaut vraiment le coup d’aller voir la vidéo, mais sachez qu’il propose notamment un système très efficace de verrouillage de la prise XT-60 et un support de O3 vraiment optimal, et dans les 2 cas, ca sera compatible avec la plupart des châssis !

Conseils pour réussir vos impressions de TPU

On a parlé des TPU pour le FPV, passons maintenant à la partie sur l’impression 3D. On va commencer par quelques conseils pour mettre toutes les chances de votre côté lors de vos impressions en TPU.

L’imprimante et ses réglages

• Privilégiez une imprimante avec un extrudeur en “direct drive”, donc avec l’extrudeur dans la tête d’impression, au lieu d’avoir un extrudeur déporté comme c’est le cas pour les imprimantes à extrudeur bowden. Ces dernières seront tout de même capable d’imprimer du TPU, mais elles devront le faire beaucoup plus lentement.
• Imprimer lentement. En bowden, sur ma vieille CR-10, je devais imprimer à 15mm/s pour ne pas avoir de souci. En direct drive, on peut se permettre de monter un peu en vitesse (3 à 4 fois plus vite, soit 45-60 mm/s).
• L’orientation du TPU lors de l’impression est primordiale. Certaines positions permettent de limiter l’usage de supports et donc d’optimiser la durée du print ainsi que la quantité de TPU nécessaire. C’est aussi plus propre de mettre une face plate côté plateau. Mais surtout, l’orientation peut faire une grosse différence au niveau de la solidité ! 
  Par exemple, pour les TPU qui entourent des entretoises, les couches doivent monter dans le sens de l’entretoise pour éviter tout arrachement.
  De la même façon, on privilégiera l’impression de support de caméra sur le côté pour éviter de scalper le support au premier impact qui provoquerait un décollement de couches.
  Si les couches ne sont pas perpendiculaires aux vis, n’hésitez à renforcer le TPU autour du passage de vis avec des washers (rondelles).
• Un remplissage entre 15 et 30% est en général suffisant, le motif de remplissage Gyroid est plutôt efficace pour garantir une bonne solidité sur tous les axes tout en maintenant une bonne flexibilité, une résistance aux impacts et au cisaillement pour un poids optimal.

Choix et traitement du TPU

• Nous sommes nombreux à utiliser du filament de chez SaintSmart avec satisfaction. Mais de nombreuses autres marques feront également l’affaire : Eryone, Amazon Basics, eSUN, Sunlu, Geeetech, Polymaker…
• Les filaments TPU se déclinent en plusieurs niveaux de dureté. Une échelle de « dureté Shore » permet de se repérer. Plus la valeur va être haute, plus le TPU va être dur (et facile à imprimer). Nous utilisons en général des TPU entre 85A et 98A pour le hobby.
• Utiliser du filament sec : un TPU trop exposé à l’humidité va présenter des sortes de micro-bulles, le résultat ressemble à de la sous-extrusion. Vous pouvez sécher votre filament soit avec un sécheur de filament, qu’on trouve entre 40 et 60€, soit directement avec votre four s’il dispose d’un réglage suffisamment fin. Comptez environ 5 heures à 55°C.
• Même si vous avez de bons paramètres de rétraction, il peut arriver avec le TPU qu’il reste un peu de stringing, ou cheveux d’ange en Français. Le plus simple pour s’en débarrasser, c’est de passer un coup pistolet à air chaud ou décapeur thermique. Un briquet peut faire l’affaire, mais une flamme peut laisser des marques noires et même faire fondre le TPU.
• Tant qu’on parle de chauffer les TPU, il me semble que Meekaah passe un coup de décapeur thermique sur ses impressions TPU pour les rigidifier. Ça peut être une solution si vous souhaitez durcir vos TPU : vous les chauffez à la limite de la fonte, et vous laissez refroidir.

Quelle imprimante choisir ?

Tout ça c’est bien beau, mais encore faut-il avoir une imprimante 3D ! Si vous êtes déjà équipé, cette partie vous intéressera moins. Mais dans le cas contraire, sachez que l’impression 3D s’est considérablement démocratisée ces dernières années. Au point qu’une bonne imprimante coûte moins cher qu’un quad !

Les 2 machines que je vais vous conseiller sont parfaitement adaptées à notre hobby, mais avec des philosophies différentes. Si vous cherchez une imprimante pour des usages qui dépassent le cadre du hobby, par exemple avec un grand volume d’impression ou capable d’imprimer des matériaux plus complexes comme de l’ABS, je vous invite à faire vos propres recherches.

Creality Ender 3 V3 SE (ou KE)

La première option, c’est la Ender 3 V3 SE de Creality.

Elle a été ma précédente imprimante et j’avais été bluffé par les fonctionnalités proposées compte tenu de son tarif : 

• On la trouve à moins de 200€ en France. Et même parfois autour de 150€ sur des site comme Geekbuying en entrepôt Europe ! Vous pouvez trouver d’autres vendeurs dans le comparateur du site LesImprimantes3D.fr.
• Firmware Marlin
• Direct Drive
• Nivellement et réglage du Z-offset automatiques, c’est un gros confort d’utilisation
• Pièces de rechange disponibles sur Amazon
• Volume d’impression de 22x22x25 cm

Elle a tout de même quelques petits défauts : 

• Le plateau vendu avec adhère beaucoup trop. On recommandera de le remplacer par un plateau PEI. Il faudra compter une vingtaine d’euros supplémentaires
• le slicer (le logiciel qui vous permettra de préparer vos impressions) fourni par Creality est une catastrophique. Il s’agit d’un dérivé de Cura, en moins bien. Mais pas de souci, son profil existe sur Orca Slicer, un fork de Bambu Studio !
• Ça reste une imprimante basique : pas de Wifi ou autre fonctionnalité avancée. Il faudra manuellement copier les fichiers sur la carte SD de l’imprimante.
• Il se peut qu’avec le temps, les vis du plateau chauffant se desserrent légèrement. N’hésitez pas à remettre un petit coup de tournevis après quelques mois.

Objectivement, le rapport qualité/prix de cette imprimante est excellent.

Pour 250€, sa grande sœur, la Ender V3 KE est une alternative intéressante. Sous firmware Klipper, elle imprimera plus vite, dispose du Wi-Fi, d’un écran tactile et est déjà livrée avec un plateau PEI.

Bambu Lab A1 Mini

Pour la seconde option, on change d’univers : on passe chez Bambu Lab. C’est un peu le DJI ou le Apple de l’impression 3D. On est sur du haut de gamme, du matériel de qualité et une excellente ergonomie. Au prix d’un écosystème plus fermé, tant sur le logiciel que sur le matériel.

Le modèle idéal pour notre hobby est l’entrée de gamme de chez Bambu Lab : la A1 Mini. 

Pour être honnête, j’avais quelques aprioris sur la marque. Surtout que ma petite Ender 3 faisait bien le travail et que je suis toujours assez séduit par l’Open Source. Finalement, j’ai eu l’occasion de faire la review de la A1 “non mini” pour le site LesImprimantes3D.fr. 

J’ai été plutôt convaincu par la marque, au point de donner mon Ender 3. Sans être un fan inconditionnel de Bambu Lab, j’avoue que l’AMS Light (leur système d’impression multi-couleurs) a pesé lourd dans la balance. Néanmoins, je ne vais pas en tenir compte ici : pour notre hobby, pas besoin d’AMS.

Bambu Lab A1 Mini : points forts

Passons en revue les points forts de cette Bambu Lab A1 mini : 

• Actuellement à 271€ sur le site officiel (et c’est là qu’on vous recommande de l’acheter directement). C’est 100€ de plus que la Ender 3 V3 SE, mais vu les prestations proposées, le prix reste exceptionnel. Elle est même en promo à 199€ au moment de la sortie de cet article !
• Direct drive
• Nivellement du plateau et réglage du Z offset automatiques
• Qualité de fabrication
• Qualité et vitesse d’impression
• Qualité des logiciels (Bambu Studio un fork de PrusaSlicer, MakerWorld, Bambu Handy)
• Wifi/Cloud
• 2 fois plus rapide que la Ender 3 sur du PLA (ça aura moins d’importance pour le TPU)
• Fonctionnalités additionnelles : caméra, détection de fin de filament, mesure et compensation du débit en temps réel, accéléromètre, annulation active du bruit, écran tactile, rails linéaires, plateau PEI texturé…
• Support client/SAV

Bambu Lab A1 Mini : points faibles

Du côté des défauts : 

• Dépendance vis-à-vis de BambuLab, pour les logiciels et le matériel
• Dépendance au Cloud. C’est arrivé 2-3 fois qu’on ne puisse plus imprimer à cause d’un plantage des serveurs. Il reste toujours possible de copier le fichier à la main sur la carte SD, ou de basculer l’imprimante en mode local. Mais ce n’est pas pratique.
• Volume d’impression de 18x18x18cm, c’est plus petit, mais largement suffisant pour nos besoins en TPU.

Synthèse imprimantes

Il y a plein d’autres options de valables chez d’autres marques. Mais j’ai voulu parler d’imprimantes que je connaissais et qui restent dans une fourchette de prix raisonnable. Je pense que le rapport qualité/prix reste en faveur de la A1 Mini. Elle est certes plus chère, mais les prestations proposées à ce prix sont imbattables.

Malgré tout, la Ender 3 V3 SE est proposée à un tarif exceptionnel. Pour un prix compris entre 150 et 200€, elle permettra de répondre à tous vos besoins pour le FPV.

Pas d’imprimante ?

Vous n’avez pas d’imprimantes et vous n’en voulez pas, que ça soit pour des raisons financières ou de place ? Pas de souci, des gens dans la communauté pourront vous dépanner. On pense en particulier à nos découpeurs de carbone favoris : 

• Eric de CNC Drone 91
• Jeremy de CNC Dupays
• Pierre-Louis de FPV CNC Drone

Vous pouvez aussi faire des demandes d’impression 3D sur le forum et le serveur Discord.

L’avis de MotardGeek

Je valide à 100% les conseils et choix de Jérôme. La Ender 3 SE et la A1 mini sont les modèles les plus pertinents pour de l’impression 3D liée au FPV. Si comme moi vous êtes fan des solutions numériques de DJI pour notre hobby, vous apprécierez forcément Bambu Lab (dont les fondateurs sont d’anciens ingénieurs DJI). Le léger surcoût vaut largement les performances et le confort apporté !

Conclusion

On espère vous avoir convaincu de l’importance du soin à apporter dans le choix et la conception des TPU. Un bon châssis, c’est important, mais allié à un bon set de TPU, ça pourra faire la différence ! Frame et TPU sont vraiment complémentaires.

On en profite pour remercier une nouvelle fois Alex (Heim_FPV) et évidemment Olivier (nochamo) pour leur travail sur ce set de TPU !

On a aussi vu comment optimiser nos chances d’imprimer des TPU de qualité et dans le cas où vous ne seriez pas équipés, on vous a présenté 2 imprimantes 3D. Deux solides options parfaitement adaptées à notre hobby et dont le prix reste tout à fait raisonnable.

Pour en savoir plus concernant l’impression 3D, on vous invite à visiter le site LesImprimantes3D.fr (ainsi que sa chaîne Youtube et son forum).

Et sur le forum WE are FPV, une section est dédiée à l’impression 3D.