COMMENT CREER UN FICHIER 3D ?

plans 3D

Outre le fonctionnement d’une imprimante 3D et des différentes techniques  d’impression 3D existantes, il est important de bien comprendre les différentes étapes de préparation qui précèdent la phase de fabrication. En effet l’impression 3D commence par un fichier numérique appelé fichier 3D sans lequel il n’est pas possible d’imprimer un objet.

Le fichier 3D qui correspond au modèle virtuel de la pièce, et le logiciel, l’outil qui permet de le dessiner en trois dimensions, sont des éléments essentiels à la conversion d’une image 2D en un objet 3D. Pour créer un modèle 3D il existe plusieurs méthodes. La première consiste à modéliser l’objet que l’on souhaite imprimer en 3D.

LA MODELISATION 3D

phase de modelisation pour concevoir son modèle grâce à un logiciel 3D

Pour imprimer un objet, sauf rares exceptions, avoir un fichier 3D est une obligation. Celui-ci peut être créé à partir d’un logiciel de modélisation 3D, récupéré directement sur un site spécialisé ou via un scan 3D. Pour concevoir une pièce en 3D, la première solution consiste à la modéliser, c’est-à-dire la dessiner en trois dimensions. Pour ce faire il existe un large éventail de logiciels disponibles sur le marché que l’on peut répartir dans trois grands groupes :

1. Les modeleurs volumiques

Ces modeleurs là permettent de travailler des objets aux formes simples et primitives : cylindriques, cubiques, rectangulaires, sphériques… A l’instar d’un sculpteur ont conçoit la pièce par ajout, soustraction ou assemblage de formes. Ils sont très utilisés pour la fabrication de pièces mécaniques. Parmi les plus connus on pense à Solid Edge, CATIA, Autodesk (Inventor) et bien sûr Solidworks.

2. Les modeleurs surfaciques

– Les modeleurs surfaciques qui définissent mathématiquement la surface de l’objet sont généralement très employés dans le domaine artistique pour le design, pour la sculpture digitale et les formes organiques. On peut citer par eux les logiciels Rhinocéros et Catia de Dassault Systèmes.

3. Les modeleurs paramétriques

Ces modeleurs s’adressent avant tout aux professionnels tels que les ingénieurs ou les architectes. Avec lui on modélise non pas en dessinant mais en programmant grâce des équations que l’on peut paramétrer à sa guise. Il permet de créer aussi bien des pièces mécaniques que des objets aux formes organiques (engrenages, bijoux…). OpenSCAD et Rhinocéros (via la fonctionnalité Python) font parti des plus connus.

Quelque soit le modeleur, outre le fait de pouvoir travailler des formes géométriques complexes, il permet également de jouer sur les couleurs, les textures, la luminosité…  Le choix du modeleur sera fonction de la nature de l’objet, de ses applications (sculpture, pièce mécanique, architecturale…) mais aussi du budget et des compétences de l’utilisateur dans ce domaine.

FAIRE APPEL À UN DESIGNER 3D

designer-3d

Si imprimer en 3D devient de plus en plus facile et accessible pour le grand public, créer un modèle 3D reste encore quelque chose de compliqué, un savoir faire principalement réservé aux professionnels. Ainsi lorsque l’on veut créer sa propre pièce, qui plus est lorsqu’il s’agit de formes très complexes, il est nécessaire de faire appel à un designer 3D (appelé aussi modeleur ou concepteur 3D). L’autre solution (généralement moins coûteuse), consiste à passer par des plateformes collaboratives telles que Freelabster en France, qui outre son service d’impression 3D propose aussi un service de modélisation à la demande. Des designers enregistrés sur le site conçoivent votre modèle à partir de photos, de dessins ou de recommandations. Dans le cas d’un objet cassé par exemple, il est également possible de le faire scanner.

LE SCAN 3D

La deuxième méthode consiste à numériser l’objet que l’on souhaite imprimer avec un scanner 3D.  Parmi les nombreux modèles sur le marché, on distingue trois grandes familles :

1. Les scanners dits à lumière structurée émettent différent type de rayonnement : rayon x, laser, lumière… qui sont projetés sur l’objet pendant qu’une caméra procède à l’analyse de la déformation de la projection. Exemple : le modèle David Structured light 3D Scanner SLS 1

2. Les scanners laser fonctionnent un peu de la même manière que les télémètres laser qui sert à mesurer les distances. Des milliers de points laser sont projetés sur l’objet cible ce qui donne des milliers de points sur la surface de celui, chacun correspondant à une coordonnée spatiale. Parmi les plus connus ont peut citer le modèle Faro ou encore NextEngine.

3. Les scanners stéréoscopiques fonctionnent avec deux systèmes de caméras vidéo pointant toutes les deux vers le même objet. Le principe est le même que ce que l’on appelle la vision stéréoscopique humaine. Quand nous regardons quelque chose, notre œil droit et notre œil gauche envoie chacun sa propre information au cerveau qui va reconstituer l’image à partir des deux images reçues.

4. La Kinect, il s’agit là de la méthode la moins chère du marché même si elle n’est pas la plus précise. Celle-ci est à la base un périphérique de la console de jeu Xbox, il s’agit d’une petite caméra qui détecte les mouvements et les images. Cette technique a été détournée de son usage initial pour jouer le rôle d’un scanner en la couplant à  différents logiciels tels que Scenect, Skanet ou encore ReconstructMe.

RECUPERER DES FICHIERS 3D SUR DES PLATEFORMES

Low Poly Angel Female
by BitGem
on Sketchfab

La méthode la plus simple si vous n’avez ni les moyens ni la compétence technique, c’est de récupérer directement votre fichier sur une plateforme de partage. Il existe une multitude de sites web proposant gratuitement ou pas ce genre de modèles. Peu nombreux, ont peut déjà citer parmi les sites français, Sketchfab une plateforme gratuite créée en 2012 qui dispose déjà de 100 000 modèles en ligne. Sa particularité c’est le pouvoir de pouvoir y échanger et visualiser les plans 3D directement via le navigateur (voir image ci-dessus). Si celle-ci est de création française on peut justement regretter qu’elle ne soit pas proposée dans la langue de molière…

Il y a aussi l’inévitable Sculpteo mais qui est un cas particulier car il s’agit d’un service d’impression 3D. De ce fait pour ce site il n’est pas possible de télécharger des fichiers pour votre imprimante, vous choisissez votre modèle 3D que Sculpteo va ensuite imprimer pour vous.

Du côté des sites étrangers le choix est bien plus vaste… On retrouve bien sûr Thingiverse, la boutique en ligne de l’américain Makerbot. Parmi les plus connus, on ne peut oublier 3D Warehouse la fameuse banque d’image de sketchup google, mais aussi Shapeway qui est certainement la plus connue et que l’on pourrait même qualifier d’amazon de l’impression 3D. Pour cette plateforme néerlandaise, à l’instar de Sculpteo pas de téléchargement possible mais on peut y trouver des modèles à faire imprimer ou même y vendre ses propres créations.

Pour finir on peut citer aussi Cubify créé par le fabricant 3D Systems, un système plus élitiste et qualitatif où des designers qui auront été aux préalables sélectionnés pour la qualité de leur création proposent de télécharger leurs modèles 3D.

LE FORMAT STL

fichiers STL

Quelque soit la méthode que vous avez choisi ci-dessus pour récupérer un fichier, celui-ci devra être exporté au format STL pour que l’impression puisse se lancer. Inventé par 3D Systems ce format ne sert qu’à transmettre la géométrie de surface de votre objet. Le fichier qui est exporté se présente sous la forme d’un maillage composé de plusieurs triangles déterminant le volume de votre objet dans l’espace. Il faut veiller à ce que ce maillage soit bien fermé pour que celui-ci soit considéré comme solide, de plus sa qualité est importante car jouant sur le résultat final de votre impression. Même si tous les logiciels n’exportent pas au format STL, souvent il suffit de modifier l’extension pour parer au problème.

Préparation du fichier STL

Avant de lancer l’impression il reste une dernière opération. Un logiciel va devoir découper en plusieurs tranches ce fichier STL, chacune d’entre-elles représentant une portion du modèle à imprimer. Plus la résolution sera mince plus il faudra de tranches et donc plus se sera long. Si vous avez par exemple une résolution de 50 µm (5 tranches/mm) cela correspond à 50 tranches par cm. C’est également à ce moment qu’est calculée la densité de votre pièce, c’est-à-dire la quantité de matière qu’il va être nécessaire pour la remplir ainsi que l’épaisseur de sa surface externe. Entre par exemple un vase et un engrenage, la densité n’est pas la même…

En règle général chaque imprimante 3D a déjà son propre logiciel de tranchage intégré, parmi les plus courants on retrouve Cura, Markerware, KiSSlicer, Slic3r, ReplicatorG… Le fichier tranché se fera exclusivement dans le format G-code qui est un langage de commande presque universel pour les machines outils.

UN SUPPORT POUR VOTRE OBJET

raft makerbot
Si vous pratiquez une impression de type FDM, l’ajout d’une grille de fabrication appelée raft (en dessous de la pièce) ou brim (autour de la pièce), est parfois recommandée afin de soutenir votre objet.  Ce support permet d’éviter que votre pièce ne se décolle du plateau (phénomène appelé warping), surtout si sa base est réduite. Le dépôt couche par couche se fera sur cette base pour empêcher la pièce de s’effondrer. Ce genre de support est le plus souvent utilisé pour les filaments de type ABS ou nylon dont les bords ont tendance à se décoller du fait de la rétractation du plastique lorsque celui-ci refroidi, surtout si l’imprimante 3D ne dispose pas de plateau chauffant.

raft cerf

Pour d’autres objets tels que par exemple des figurines ou une fusée, une structure de soutien (sorte d’échafaudage) sera nécessaire pour soutenir la pièce durant l’impression. C’est le logiciel de tranchage qui détermine l’emplacement de ces supports et la quantité de matière à déposer selon une trame bien précise pour pouvoir l’enlever plus facilement une fois l’impression terminée.

EXPORTATION DU FICHIER

usb imprimante 3d

Il y a plusieurs façons d’exporter un fichier 3D. Tout dépend en fait du type d’imprimante 3D utilisée. Selon les marques et les modèles, l’exportation s’effectue via un câble USB, d’autres via wifi ou encore avec une carte SD. Pour la majorité des imprimantes 3D qui sortent aujourd’hui sur le marché, le transfert du fichier 3D peut se faire via toutes ces options, avec en plus le Wi-Fi.




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