Virginia Tech invente l’impression 3D sans fichier STL

imprimante 3D Source Form SLA

Inventé par 3D Systems dans les années 80, le format STL (Standard Tessellation Language) est devenu aujourd’hui LE standard du fichier 3D utilisé en impression 3D. L’acronyme est également associé à la « Stéréolithographie », qui est en fait le format de fichier originel associé au procédé de stéréolithographie (SLA) créé par Charles Hull (brevetée à l’origine par trois français).

Comme son nom le suggère, le format STL repose sur la tessellation, une méthode qui consiste à transformer la géométrie d’un modèle numérique en triangles. Leur nombre variera donc selon la complexité de la surface et du volume de l’objet. Les étapes suivantes consistent ensuite à choisir le procédé d’impression 3D et le matériau approprié, ajouter si besoin des structures de soutien, puis de découper le fichier STL en strates au moyen d’un logiciel de tranchage (slicer).

Comme ce format définit uniquement un maillage surfacique et ne contient aucune disposition pour représenter la couleur, la texture, le matériau, celui-ci est amené à laisser sa place à d’autres formats plus complets et plus riches, comme le AMF (Additive Manufacturing Format) en cours de normalisation et le 3MF (3D Manufacturing Format).

Une technique pour extraire les données de photographies

Pour gagner plus de temps et s’affranchir des étapes chronophages de conception, une équipe de chercheurs de l’Institut Polytechnique de Virginie, a imaginé une imprimante 3D pouvant fonctionner sans fichier STL. Baptisée Source Form, cette machine de type DLP (solidification d’une résine liquide par un projecteur DLP) est capable de créer des objets en assemblant des images par photogrammétrie, c’est à dire en extrayant des données de photographies prises depuis des points de vue différents. Dès lors, plus le nombre d’images téléchargées est important, et plus l’impression est précise.

Pour imprimer un objet en 3D, les chercheurs expliquent qu’il suffit de taper son nom dans la machine. Celle-ci réalise alors une recherche d’images à partir de ce texte, tandis que l’utilisateur peut apporter ses commentaires sur la précision des contenus récupérés. Après cette étape, l’appareil effectue une recherche d’images inversée pour obtenir d’autres images pertinentes du même objet sur internet.

Après avoir comparé les caractéristiques de différentes images, un logiciel COLMAP de Structure-from-Motion (SfM) prend alors le relais pour construire la structure 3D à l’aide de nuages de points obtenus grâce à des techniques de mouvement et de stéréoscopie à vues multiples.

Découpe de la géométrie à base de voxel en images bitmap

données récoltées par le logiciel COLMAP

Données récoltées par le logiciel COLMAP. Image via Virginia Tech.

Les chercheurs ajoutent qu’avant l’impression 3D de l’objet, le modèle de maillage doit être traité, raffiné et réparé. Cela inclut l’épaississement de la surface afin de créer des fonctions imprimables et l’élimination de celles qui sont trop petites. Une fois l’opération terminée, le système découpe ensuite la géométrie à base de voxel en images bitmap de chaque couche de voxel, qui peuvent ensuite être envoyées vers l’imprimante 3D.

Sur le choix du procédé, les protagonistes expliquent avoir retenu la stéréolithographie en raison de sa haute qualité de finition, mais aussi parce que plus abordable que les méthodes à fusion laser sur lit de poudre et à jet de matière. Les imprimantes 3D de type FDM (dépôt de matière fondue) ont quant à elles été jugées trop lentes, et leur résolution insuffisante.

Interrogé par PRIMANTE 3D quant aux capacités et limites de la Source Form, Sam Blanchard, l’un des six scientifiques a avoir participé aux travaux déclare :  « En termes de taille d’impression, la machine dispose d’un volume de construction de 7,6 cm par 10 cm jusqu’à une hauteur de 20 cm. Elle est extrêmement rapide, imprimant la Statue de la Liberté (80 mm) vue dans cette vidéo en moins de 5 minutes. Le temps de traitement pour la photogrammétrie est limité (par conception) à 500 images, ce qui donne un temps de traitement d’environ 6 minutes avec notre matériel actuel. »

Sur la possibilité de collecter des données autres que la géométrie telles que la couleur, celui-ci ajoute : « Oui ! Absolument ! Nous avons construit notre tête d’impression actuelle en gardant à l’esprit la vitesse et la précision, mais le logiciel pourrait facilement être adapté aux impressions couleur. »

Le projet Source Form a reçu le soutien de l’Institut Virginia Tech pour la créativité, les arts et la technologie (ICAT) et la National Science Foundation (NSF). Les parties prenantes ont déclaré: « Ce projet démontre qu’une augmentation des données d’images facilement disponibles comble le fossé entre les perceptions physiques et numériques de la forme à travers le temps ».