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Comment créer un fichier pour son imprimante 3D ?

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Outre l’importance de bien connaître le fonctionnement d’une imprimante 3D et des différentes techniques que couvre la fabrication additive, il est nécessaire de bien comprendre les différentes étapes de préparation qui précèdent la phase de fabrication. Une impression 3D commence en effet par un fichier numérique appelé fichier 3D, sans lequel il n’est pas possible d’imprimer un objet. Ce fichier 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 récupérer un modèle 3D il existe plusieurs méthodes. La première consistant simplement à télécharger des fichiers imprimables en 3D sur des sites spécialisés.

Télécharger des fichiers 3D sur des plateformes dédiées

La méthode la plus simple lorsque l’on a ni les moyens ni les compétences techniques, consiste à récupérer directement son fichier sur une plateforme dédiée. Il existe une multitude de sites web proposant gratuitement ou non ce genre de modèles 3D. Parmi les quelques sites français citons notamment Sketchfab, une plateforme gratuite créée en 2012 proposant déjà plus de 100 000 modèles en ligne. Particularité de cette plateforme, l’utilisateur peut échanger et visualiser les plans 3D directement via le navigateur (voir image ci-dessus).

Il y a aussi l’inévitable Sculpteo mais qui est un cas particulier. S’agissant d’un service d’impression 3D, les fichiers 3D ne sont pas téléchargeables mais uniquement imprimables via la plateforme.

Du côté des sites étrangers le choix est bien plus vaste… On retrouve bien sûr Thingiverse, la célèbre plateforme de partage de l’américain Makerbot, sûrement la plus populaire chez les makers. Mais aussi 3D Warehouse, la fameuse banque d’image de Sketchup Google, ou encore Shapeway, sorte d’Amazon de l’impression 3D. Pour cette plateforme néerlandaise, à l’instar de Sculpteo pas de téléchargement possible, les modèles disponibles sont à imprimer directement sur le site.

Pour finir mentionnons également Cubify, plateforme créée par le fabricant américain 3D Systems, un système plus élitiste et qualitatif où des designers sélectionnés au préalable pour la qualité de leur création, proposent leurs modèles 3D.

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Les logiciels de CAO et modélisation 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 sur le marché un large éventail de logiciels de conception 3D gratuits ou payants, que l’on peut répartir dans quatre 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), pour les débutants le logiciel gratuit Tinkercad, 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 parmi eux les logiciels CAO Blender, Catia de Dassault Systèmes et Rhinocéros.

3. Les modeleurs paramétriques

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

4. Les logiciels de sculpture 3D

Les logiciels appartenant à cette catégorie permettent de modéliser votre modèle comme s’il s’agissait d’argile. Aux habituelles fonctionnalités de modélisation 3D, viennent s’ajouter d’autres outils permettent de saisir, tirer, enfoncer, lisser, et pincer votre boule de matière jusqu’à obtention de la forme finale. Cette technique de sculpture numérique est particulièrement adaptée à la modélisation de formes organiques tels que des figurines ou des bijoux. Le logiciel numéro 1 en la matière est probablement le fameux ZBrush de Pixologic. Son niveau de détail très élevé et ses résultats hyperréalistes, en font un outil de modélisation très utilisé dans les domaines de l’animation et du cinéma.

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.

2. Les scanners laser fonctionnent un peu de la même manière que les télémètres laser utilisés pour mesurer les distances. Des milliers de points laser sont projetés sur l’objet cible, chacun correspondant à une coordonnée spatiale. Parmi les plus connus citons par exemple 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 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.

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. Pour le moment peu nombreuses en France, certaines proposent en plus de d’impression 3D un service de modélisation 3D 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.

Leader de l’impression 3D en ligne en Europe, le français Sculpteo propose lui aussi son propre service de design. Des designers professionnels sont à votre disposition pour vous aider à designer tous vos projets ou vous aider à perfectionner vos fichiers 3D ou 2D en vue d’une impression 3D ou d’une découpe laser.

Le format STL

fichiers STL

Quelque soit la méthode pour récupérer son fichier, celui-ci devra être exporté dans un format spécifique, le format standard étant le STL (Standard Tessellation Language). Inventé par 3D Systems ce format décrit 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.

Parmi les autres formats d’export, l’OBJ est lui utilisé dans des cas bien particuliers. Développé par Wavefront Technologies, celui-ci est avant tout utilisé pour les impressions de matériaux multicolores. Sa structure simple le rend également facile à traiter avec les langages de programmation.

Beaucoup plus récent, mentionnons également le 3.MF, un format imaginé par Microsoft plus complet et plus riche que ses prédécesseurs STL ou OBJ, car incluant plus de paramètres (textures, couleurs, mailles…) mais aussi plus flexible de manière à pouvoir s’adapter aux différents procédés d’impression 3D. Né d’un consortium mondial du même nom, ce format universel vise à résoudre les problèmes d’interopérabilité et de fonctionnalité que connaissent les formats actuels.

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 20 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 un vase et un engrenage, la densité n’est forcément pas la même…

En règle général chaque imprimante 3D a déjà son propre logiciel de tranchage intégré. Parmi les plus courants on retrouve le fameux Cura d’Ultimaker, le trancheur PrusaSlicer du célèbre fabricant Prusa, Markerware, Lychee Slicer 4.1, KiSSlicer, Slic3r, ou encore 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

Pour l’impression 3D de type FDM (dépôt de matière fondue), 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 la 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 les objets en aplomb tels que 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 qui est utilisé. Selon les marques et les modèles, l’exportation s’effectue via un câble USB, d’autres via wifi ou encore 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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