Macroscope polarisant simplifié (M. Chassé)

Projet macroscope polarisant ( année 2023-2024 2ème semestre ) 

Etudiants : LEROUX-BAILLY Nicolas L3 Majeure Sciences de la Vie mineure Sciences de la Terre nicolas.leroux-bailly@etu.sorbonne-universite.fr  

                AZARIOUH Sarah L3 Majeure Sciences de la Vie mineure Sciences de la Terre sarah.azariouh@etu.sorbonne-universite.fr

Objectif du projet 

Ce projet a pour objectif de crée un macroscope polarisant simplifié qui doit être un support d'enseignement pour expliquer le fonctionnement et l'utilité de l'observation d'objet par polarisation dans le cadre d'ue de L1 de géologie. Pour cela notre maquette doit répondre à plusieurs problématique:                                                                                                                                                          - Etre facile à comprendre et aller à l'essentiel (par exemple ne pas parler du fonctionnement du grossissement  sur ce type de microscope) afin de faciliter le transfert de connaissance                                                                                                                                  - Ne pas être trop lourd ou trop encombrant car il faut que les étudiants puisse les manier tout en travaillant                                      - Etre solide afin de ne pas se casser à chaque fois qu'un étudiant fasse tomber le macroscope                                                            - Ne pas être trop cher                                                                                                                                                                              - Pouvant être facilement construit car s'il y a un accident il faut que le macroscope soit prêt pour le prochain cours   

 

Comment nous avons fait   

Nous avons donc fait un macroscope en 8 pièces séparées : 4 supports fait à l'impression 3D, dont 2 qui sont identiques celui pour le polariseur et celui pour le porte objet , il y a aussi le support de l'analyseur étant presque identique à ces derniers et enfin le support de la lampe. Les 4 autres pièces sont les 2 coques où sont collé l'analyseur ou le polariseur avec celle du polariseur ayant une languette pour pouvoir tourner lorsqu'elle est sur son support, il y a une plaque de plexiglass qui sert de porte objet et enfin une lampé qui a été acheté sur internet. Il y a aussi un sticker qui sera collé sur le support du polariseur 

Machine et logiciel utilisés

Mais pour faire ce macroscope on a dut utilisé des machines et des logiciels.                                                                                        Le principal logiciel  que l'on a utilisé est Openscad un logiciel open source qui permet de faire des formes 3D ou 2D avec un programme simple ( pas besoin de formation ) . C'est forme pourront ensuit être exporter sous différent format svg dxf ... pour le 2D stl … pour le 3D . Lien du site: OpenSCAD - Downloads

Nous avions décider de faire un macroscope avec l'impression 3D car cela nous semblait être le plus simple et que cela nous intéressait. Pour cela on utilise un logiciel gratuit nommé idea maker qui permet de faire que les dossier en format stl puisse être lu par l'imprimante et permet de faire des modification sur les modèle 3D pour un bonne impression. Ce logiciel est présent sur les ordinateurs du Fablab donc il n'est pas nécessaire de le téléchargé même si cela peut être utile pour se préparer à l'impression. Lien des tutos  sur le Fablab IdeaMaker | Wiki FablabSU (sorbonne-universite.fr)  Lien du site: ideaMaker Download Center

Les imprimantes 3D sont des Raise 3D pro plus. Lien des tutos sur le Fablab 🧵 Imprimantes Raise3D ... | Wiki FablabSU (sorbonne-universite.fr)

Pour découper le film polarisant et la plaque de plexiglass nous avons besoin d'un logiciel de dessin vectoriel  nommé in inkscape . Les ordinateurs du fablab l'ont  mais téléchargé ce logiciel peut être une bonne idée car le passage de openscad à inkscape peut être problématique et c'est mieux de vérifié s'il n'y aura pas d'erreur  Lien des tutos sur le Fablab :Inkscape | Wiki FablabSU (sorbonne-universite.fr) Lien du site : Dessiner en toute liberté | Inkscape 

Pour la coupe du plexiglass on a utilisé la découpeuse laser trotec speedy 360. Lien des tutos sur le Fablab : 💥 Découpeuse laser Tro... | Wiki FablabSU (sorbonne-universite.fr) Nous avons utilisé pour la découpe du film polarisant le plotter de découpe graphtec cutting pro cependant vu le fait qu'il n'est  pas nécessaire de faire des découpes extrêmement précises l'utilisation d'un compas et d'un ciseaux est largement suffisant Lien des tutos sur le Fablab :✂️ Plotter de découpe ... | Wiki FablabSU (sorbonne-universite.fr) 

Pour le sticker nous avons utilisé la plotter de découpe sihouette caméo 2. Pour cela nous avions besoin d'utiliser le logiciel sihouette studio Lien du site : Logiciels Silhouette (silhouettefr.fr) A partir de ce logiciel on peut faire la découpe  en connectant notre ordinateur à la machine Lien des tutos ( pas vraiment à jour) sur le Fablab : ✂️ Plotter de découpe ... | Wiki FablabSU (sorbonne-universite.fr)

Problèmes rencontrés :

Le principal problème que nous avons rencontré est que les imprimantes 3D ont un taux d'impression sans problème technique trop faible pour que les impressions puisse être faites assez rapidement de manière constante ce qui fait que certaines semaines ont été consacrées à des réimpressions car nos modèles originaux étaient déféctueux.

Un autre problème est que nous ne pouvons pas faire imprimer tout les pièces en une seule session d'impression ce qui limite la facilité de construction de notre maquette 

Enfin les pieds des support n'étaient pas assez résistant et se cassait trop facilement . Nous avons essayé de régler ce problème sur IdeaMaker en allant sur le menu "modifier" en haut tout en ayant notre pièce sélectionné puis sur ajouter un modificateur en choisissant de préférence un cylindre puis en dessous de modifier les paramètre de chevauchement en cliquant sur le plus puis en cochant remplissage -densité du remplissage et ensuite ou  a sélectionné un remplissage de 70%. 

 

Semainier / Carnet de Bord :

26/01/24 - Semaine 2

Nous avons réfléchis à une première version de notre macroscope polarisant et à comment le fabriquer.

Le microscope polarisant est un macroscope optique composé d’un détecteur, de lentilles et de filtre polarisants. La lumière est un ensemble d’ondes ayant une infinité de directions. Le premier filtre a pour rôle de sélectionner une orientation préférentielle pour celle-ci. Lorsque les deux filtres sont perpendiculaires, aucune onde ne peut passer.

Le principe de notre macroscope repose sur l’utilisation de minéraux biréfringents et de trouver un moyen de comprendre cette propriété essentielle en minéralogie. 

Lorsqu’un échantillon biréfringent est placé sur le trajet de la lumière, il va séparer l’onde lumineuse incidente en deux ondes de polarisation et de retard différents : on dit qu’elles sont destructives. 

Le polariseur laisse passer la partie des ondes dont la polarisation a été modifiée par l’échantillon et lui seul. L’objet devient alors visible.

Essayons de faire varier l’orientation de l’échantillon : nous remarquerons que l’objet apparait complètement noir à chaque tour de 90° : il s’agit de l’extinction. Cette caractéristique rend possible chez certains objets la détermination de la direction d’alignement des molécules qui les composent.

Si maintenant nous faisons varier l’épaisseur de l’objet, les ondes transmises sont modifiées, ce qui change les interférences après le passage dans le deuxième filtre et donc la couleur de l’image reçue. Cette propriété, accompagnée d’un tableau regroupant les propriétés optiques de chaque minéral, permet d’identifier de façon plus ou moins précise la composition d’une roche.

Ce macroscope permet de visualiser et caractériser les échantillons biréfringents.

Dessin : prototype de notre macroscope simplifié 

Notre première idée est de créer des pièces permettant le support des différents filtres, et de les accrocher ensemble avec des tiges en métal. Nous pensons également créer un étui hermétique à la lumière afin de mieux rediriger celle-ci vers notre échantillon.

Problème pour cette semaine : trouver les bonnes pièces pour faire un premier essai 

Semaine 3 :

Premier modèle open scad: très brouillon qui a plutôt servi d'outil pour permettre de s'habituer au logiciel.

Code du modèle 

Schéma molette et code : la molette a pour but de modifier la hauteur du support d’échantillon afin de recréer une expérience de « focus » comme dans un microscope classique.

Schéma et code du support de la lampe il ne suffit que de modifier la taille

Semaine 4 :

Cette semaine, nous avons modéliser la première pièce de notre macroscope sur OpenScad : le support de lampe. Nous disposons de lampes LED circulaires. Nous avons réaliser cette structure permettant de la maintenir en place, avec un rebord comportant des orifices visant à accueillir les autres plateaux. 

impression du support de la lampe qui prend au total 12 h

modélisation sur open scad

Et le code (échelle 1 = 1mm ) 

Semaine 5 :

Impression 3D du support de la lampe

A améliorer pour la semaine prochaine : augmenter la taille du trou central  rajouter 1mm d'épaisseur du fond des cylindres extérieurs

modèle 3D du support polarisateur réalisé sur OpenScad :

et le code associé :

Semaine 6 :

Cette semaine, nous avons choisi de changer de directive par rapport à notre projet initial. Au lieu de créer 4 plateaux reliés par des tiges, nous avons choisis l’imprimer des supports pour les différents filtres et d’incorporer à chacun d’entre eux des pieds et des orifices afin de pouvoir les empiler, tout en gardant la possibilité de les manipuler séparément. 

Voici le modèle de notre premier support, ici pour le filtre polarisant :

et le code associé :

De même pour le support de l’analyseur, situé au sommet de notre macroscope :

Semaine 7 :

Cette semaine, nous avons imaginer les porte-filtres pour l’analyseur (droite) et le polariseur(gauche). L’analyser n’a pas pour objectif d’être tourner, nous l’avons donc fait rond afin qu’il s’insère dans le support. L’autre porte une languette afin de pouvoir tourner le filtre polarisant à des angles allant de 0° à 90°. L’objectif était ensuite d’incorporer des aiments afin de maintenir les filtres en place.

Coque de polarisateur et d'analyseur

Semaine 8 :

Impression au FabLab de nos coques support de filtres

Nous rencontrons un problème avec le support à polariseur : la languette triangle, en plus d’être fragile, n’est pas assez ergonomique et il est difficile de tourner le filtre une fois arrivés aux valeurs de 35-45°. 

Nous avons donc revu la forme de notre support :

Egalement, nous avons pensé à un système simplifié afin d’ajouter des graduations sur nos supports. Etant donné que la polarisation est définie par un angle, cela est essentiel. Plutôt que de modéliser les graduations directement à partir du logiciel OpenScad, nous avons pensé à des bandes adhésives à plastifier et à coller sur le support.

Reste à savoir si il est plus cohérent de partir de 0 ou d’avoir le 0 au centre; et si nous aurons 90° ou 180° au total.

Nous avons aussi imprimer le support du polarisateur

Semaine 9 :

Nous avons essayé d’imprimer les pièces après améliorations au FabLab. Sans succès, nous avons seulement relancer les impressions afin de les récupérer après les vacances d’Avril.

Voici le support de la lampe 

Le support de la lame est le même modèle que celui du polarisateur et le support de l'analyseur est le même que celui du  polarisateur sauf qu'il n'a pas de trou au dessus 

Semaine 10 : 

Nous avons récupérer nos impressions, mais malheureusement il y a eu une erreur d’impression qui nous a demander de relancer les 3 pièces manquantes à notre macroscope, qui sont le support de filtre polarisant avec languette modifiée, et les supports d’analyseur et de lamelle.

Ensuite, nous nous somme rendu au FabLab afin d’utiliser la découpeuse vinyle Speedy3600 pour découper un rond de plexiglass qui nous servira de support de lamelle. Nous avons ensuite découper nos filtres et les avons assembler aux supports. Nous avons relancer les impressions qui n’avaient pas marché.

Semaine 11 :

Une nouvelle erreur d’impression est survenue sur nos pièces. Nous devons à nouveau réimprimer les 3 pièces manquantes à notre macroscope.