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Comment réparer les défauts des modèles 3D ? Rencontre avec CoreTechnologie et son logiciel de préparation

 Rencontre avec CoreTechnologie et son logiciel de préparation

Première étape du processus de fabrication additive, la conception joue un rôle crucial dans l’obtention d’une pièce de qualité. En effet, si de nombreux facteurs conditionnent la réussite d’une impression 3D, comme les performances du matériel, la qualité des consommables et le paramétrage, nombre des problèmes rencontrés par les utilisateurs trouvent leur origine à la source, c’est à dire le modèle 3D. La bonne nouvelle est qu’il existe des logiciels permettant de contrôler et réparer les fichiers qui ont été endommagés ou mal optimisés. L’un des acteurs faisant référence dans ce domaine, est l’entreprise CoreTechnologie qui a notamment développé la suite logicielle 4D_Additive. Souhaitant en savoir davantage sur les capacités et dernières améliorations de cet outil, PRIMANTE3D a interrogé Guillaume Blanchard, Product Manager de 4D_Additive et Gauthier Wahu Directeur technique de la R&D Worldwide et Directeur général de CoreTechnologie France.

« Notre cœur de métier étant l’échange de données CAO, nous avons une grande expérience dans la correction de modèles de CAO »

Bonjour Hugo / Guillaume, pourriez-vous nous présenter CoreTechnologie et sa genèse ? Comment cette entreprise a-t-elle décidé de s’investir sur le créneau de l’impression 3D ?

Guillaume Blanchard, Product Manager de 4D_Additive et Gauthier Wahu Directeur technique de la R&D Worldwide et Directeur général de CoreTechnologie France.

Guillaume Blanchard, Product Manager de 4D_Additive et Gauthier Wahu Directeur technique de la R&D Worldwide et Directeur général de CoreTechnologie France (crédits photo : CoreTechnologie)

CT est une société Allemande basée à Mömbris  (Allemagne). CoreTechnologie développe des solutions de conversion de données CAO 3D (conception assistée par ordinateur) permettant d’optimiser l’interopérabilité entre les logiciels de conception des industriels pour une collaboration technique efficiente. Certifiée par les plus grands groupes du secteur, comme Daimler Mercedes Benz AG et forts de 20 ans de travail en recherche et développement, CoreTechnologie propose aujourd’hui des solutions logicielles les plus complètes du marché.

Il y a 8 ans lorsque nous avons décidé de créer 4D_Additive, le marché de l’impression 3D était en pleine effervescence, poussé par les politiques et encensé dans les médias grand public. La technologie la plus séduisante, celle qui était le plus mise en avant dans les salons et la presse spécialisée était la fusion laser sur lit de poudre métallique. Or il s’agit d’une technologie intéressante mais coûteuse et difficile à mettre en œuvre. Ce marché a évolué vers des technologies plus « productives » et surtout plus simples à mettre en œuvre et moins chères telles que le liage de poudre (Binder Jetting). Une véritable évolution, très significative, a été réalisée sur le plan des matériaux disponibles.

Fort de notre expérience en échange de données CAO, nous pensons que l’utilisation des données exactes du modèles (historique de construction, tolérancement géométriques, métadonnées) peut s’avérer essentiel dans le processus de fabrication additive. C’est là où notre logiciel 4DAdditive peut trouver sa place et permettre aux différents acteurs du marché d’améliorer leur process et leur productivité.

En quoi consistent vos rôles respectifs d’ingénieur support technique fabrication additive et directeur technique du pôle fabrication additive ?

Guillaume : En tant que Directeur Technique Fabrication Additive, j’ai la mission de prévoir et d’anticiper le futur du produit 4DAddititve, de participer à l’évolution et aux améliorations proposées chaque année et de tisser des partenariats avec les acteurs de l’impression 3D (fabricant de machine, de matière etc.…)

Hugo : Je suis ingénieur support technique spécialisé sur notre logiciel 4DAdditive. J’interviens aussi bien dans l’avant-vente (démonstrations, formations) que dans l’après-vente (accompagnement, support) du logiciel.

« Un des problèmes couramment rencontré est un problème de modélisation. Les pièces réalisées en CAO n’ont pas été pas conçues pour l’impression 3D »

En impression 3D, toutes sortes de défauts peuvent intervenir à différents stades du processus, comme celui de la conception. Dans les procédés les plus couramment employés que sont le FFF, le SLA, le SLS, et le SLM, quelles sont les erreurs les plus couramment rencontrées à ce stade ?

Un des problèmes couramment rencontré est un problème de modélisation. Les pièces réalisées en CAO n’ont pas été pas conçues pour l’impression 3D. La fabrication additive peut offrir plus de possibilité ou de facilité en termes de design ou de forme par rapport à la fabrication soustractive :

  • Fabrication d’assemblage en une seule pièce
  • Contre-dépouille
  • Zones évidées
  • Pièces découpées puis réassemblées après impression

Une mauvaise conception peut ainsi entraîner de fortes concentrations de chaleur et donc des déformations de pièces lors de leur fabrication (warping, effondrement etc…). La gestion des supports dans certaines technologies peut palier à certains défauts et permettre des complexités de design de pièces. Mais ces supports engendrent plus de matières utilisées, un temps d’impression plus long et une étape de post-processing plus longue et possiblement plus compliquée. Ces problématiques sont très connues dans le monde de la fabrication additive et sont appelées : Design for Additive Manufacturing (DFAM) : https://en.wikipedia.org/wiki/Design_for_additive_manufacturing

L’utilisation de modèle triangulée (STL principalement) peut aussi s’avérer être un frein à la fabrication. Ces modèles se traduisent régulièrement par un grand nombre de triangles, très petit afin de se rapprocher le plus possible d’un modèle original. Cela fait manipuler des fichiers très lourds avec une perte de toutes les informations fonctionnelles de la pièce : Diamètre des trous, PMI (Product and Manufacturing Information), métadonnées etc…

« L’utilisation encore massive de modèles triangulés nous a mené à développer des outils de simplification de maillage afin d’alléger ces modèles et les rendre plus facile à manipuler »

Quels types de défauts votre logiciel 4D_Additive de CoreTechnologie est-il en mesure de corriger ? Quels procédés d’impression 3D couvre-t-il ?

Notre cœur de métier étant l’échange de données CAO, nous avons une grande expérience dans la correction de modèles de CAO. Nous savons qu’en impression 3D, un point important est l’utilisation de modèles fermées ou étanches. Notre logiciel 4DAdditive permet donc la correction de modèles de CAO afin de supprimer les bords libres (pas de connexion entre 2 faces d’un modèle), les imprécisions (mauvaises définitions d’une connexion entre 2 faces), supprimer les petits éléments (faces, arêtes) et ainsi rendre un modèle CAO propre.

L’utilisation encore massive de modèles triangulés nous a mené à développer des outils de simplification de maillage afin d’alléger ces modèles et les rendre plus facile à manipuler. L’utilisation de scanner 3D permet aussi de remodéliser une pièce mais peut générer des modèles troués ou avec des auto-intersections. 4DAdditive permet alors de nettoyer ces maillages afin d’éliminer ces défauts et rendre un modèle fermé, propre et utilisable pour l’impression 3D. Le warping est un défaut couramment rencontré en impression 3D. L’utilisation de certaines textures permet d’éviter ces défauts d’impression.

Ensuite nous avons la possibilité de résoudre les différents défauts liés aux problèmes d’impression. Si vous utilisez une imprimante type FDM, alors le slice proposé par le logiciel sera spécifique à cette technologie et sera entièrement ouvert. Vous pourrez ainsi éviter les bavures en augmentant la vitesse de déplacement de la buse et en réduisant la température d’extrusion. On pourra également éviter les effondrements en venant soit rajouter des supports type FDM soit en venant recalculer en automatique un positionnement optimal afin d’éviter au maximum les zones de surplomb nécessitant de support, et ainsi limiter la quantité de support utilisé.

À l’origine, 4D_Additive a été pensé pour constituer une passerelle universelle permettant de piloter un parc de machines hétéroclite (procédés, marques). Regrouper en un seul outil homogène la gestion de machines très différentes est, en soi, déjà un challenge, qui permet un gain significatif en matière de productivité et de maintenabilité. Actuellement les technologies maitrisées sont : FDM-SLA/DLP-SLS-SLM-MJF-BinderJetting.

« l’utilisateur peut nous fournir ses propres pièces afin que nous travaillions sur celles-ci… »

Comment se déroule la prise en main du logiciel du point de vue de l’utilisateur ? Décrivez-nous les étapes spécifiques que l’utilisateur doit suivre pour réparer son modèle corrompu ?

Nous proposons une formation complète et globale du logiciel pour que l’utilisateur puisse le prendre en main, pendant cette dernière, l’utilisateur peut nous fournir ses propres pièces afin que nous travaillions sur celles-ci. De plus, une documentation très détaillée est disponible à l’intérieur du logiciel et permet d’avoir une explication rapide des fonctionnalités de 4DAdditive.

Pour la réparation d’un modèle corrompu l’utilisateur doit dans un premier temps réaliser un contrôle automatique des défauts indiquant l’origine et la quantité des défauts dans la pièce.

Ensuite il sera nécessaire de réaliser un healing automatique, il s’agit d’une correction non destructive automatique n’entraînant pas de modifications géométriques. Dans le cas où le healing automatique n’élimine pas l’entièreté des défauts il faudra alors réaliser quelques étapes en semi-automatique comme la création de surface, la connexion ou encore le collage qui permettront de terminer le nettoyage de la pièce.

Pourriez-vous nous partager des études de cas où votre logiciel a eu un impact significatif sur la résolution de défauts, notamment en termes de coûts de production ? Donnez-nous un exemple concret.

Nous avons eu des pièces à traiter d’un client issu du secteur de l’électroménager. Ces dernières étaient difficiles voire impossibles à imprimer car elles présentaient un grand nombre de défauts : des faces manquantes (bords libres), des arêtes vives et des problèmes de tangence. Il a donc été décidé d’y appliquer une correction semi-automatique, ceci a permis d’éliminer la totalité des défauts et donc de rendre cette pièce entièrement fermée et imprimable.

Etape 1 : On lance un contrôle de la qualité automatique permettant de déterminer les défauts présent dans la pièce :

Ici on se rend compte qu’il y a des bords libres dus à une ou plusieurs faces manquantes. Il faudra donc les reconstruire.

Etape 2 : Pour se faire vient connecter les bords libres entre eux :

Nous avons également eu des cas où il était nécessaire de fermer des modèles issus de scan 3D et présentant des triangles manquants, pour se faire nous avons opté pour le « marching cube » permettant de recalculer le maillage de ces pièces scannées et de nous fournir un modèle tessellé fermé.

Etape 3 : On lance un healing automatique pour garantir l’intégrité topologique de la pièce avec les connections :

Etape 4 : On vient connecter les derniers bords libres :

Etape 5 : On lance une nouvelle fois un healing automatique pour mettre à jour nos connections :

On obtient alors une pièce fermée.

Etape 6 : On lance un contrôle des défauts pour vérifier que la pièce est propre :

Outre la correction des défauts de conception, votre logiciel prend en charge un grand nombre de fonctionnalités permettant d’optimiser un modèle CAO. Quelles sont-elles ?

Notre logiciel 4DAdditive est un logiciel de préparation de données CAO en vues de leur fabrication en impression 3D. Pour cela, nous l’avons imaginé de telle manière que les utilisateurs puissent suivre un processus intuitif de préparation et ainsi réussir leur impression :

  • La première étape est, comme dit plus haut, de réparer et simplifier les modèles afin de les rendre étanche et plus facile à manipuler
  • La deuxième étape est une étape d’analyse et de modélisation. Pouvoir identifier les zones massives, les différentes épaisseurs des modèles et ainsi détecter les changements d’épaisseurs permettra de remodifier localement la géométrie : Epaississement de paroi, modification de diamètre de trou, suppression ou rajout de congés etc… Toutes ces étapes sont fortement avantagées par l’utilisation de géométrie exacte. Des outils de découpe (tenon/mortaises, joint à recouvrement ou des profils de découpe personnalisés) permettent l’impression de grandes pièces et un réassemblage facile.
  • Ensuite, l’utilisateur pourra réaliser des évidages de sa pièce afin de l’alléger et ainsi minimiser la quantité de matière utilisée et diminuer le temps d’impression. Notre outil de génération de treillis permettra d’ajouter un design plus séduisant à la pièce tout en protégeant les zones fonctionnelles de la pièce.
  • 4DAdditive propose aussi un atelier dédié à la texturisation de modèle. Celui-ci permet en quelque clic de personnaliser son modèle et d’améliorer son impression. Ajouter un grain, même léger à une pièce, la rendra plus rigide et peut aussi limiter les traces d’impression (effet de couche ou de pixel).

« imprimer le plus de pièces possible en un seul job tout en garantissant une répartition de la matière uniforme et un positionnement adapté »

4D_Additive offre également des avantages en matière d’optimisation de la production, particulièrement grâce à la technique du nesting. Pour les plus néophytes, pourriez-vous préciser en quoi consiste exactement le nesting, et expliquer comment cette fonctionnalité contribue à améliorer l’efficacité de la production en impression 3D ?

Le nesting est principalement utilisé pour des technologies à lits de poudre de nécessitant pas de support. Le nesting permet de remplir une machine d’impression 3D en optimisant plusieurs paramètres. Nous allons arranger chaque pièce entre elle afin de pouvoir imprimer le plus de pièces possible en un seul job tout en garantissant une répartition de la matière uniforme et un positionnement adapté.

Le temps d’impression pour des machines à lits de poudre étant dépendant du nombre de couche, il faut donc placer le plus de pièce possible pour chaque print. Optimiser ce nombre de pièces permettra de diminuer les coûts, minimiser le temps d’impression et facilitera la production de série.

« modifier son état de surface et donc d’améliorer, son aspect ou son toucher à des fins aussi bien esthétiques que techniques »

Un des aspects les plus étonnants et novateurs de votre solution logicielle concerne sa capacité à ajouter des textures aux impressions. En quoi cela consiste-il ? Quelles sont les possibilités ?

Différentes textures pouvant êtres générées par le logicie

Différentes textures pouvant êtres générées par le logiciel (crédits photo : CoreTechnologie)

La texturisation d’une pièce consiste à venir ajouter un motif en relief sur cette dernière afin de modifier son état de surface et donc d’améliorer, son aspect ou son toucher à des fins aussi bien esthétiques que techniques. Il y a 2 possibilités pour sélectionner une texture :

  • Utiliser la base de données Substance (by Adobe) qui comprend plus de 5000 textures.
  • Importer sa propre texture personnalisée, aussi bien un texte, qu’un logo ou une image

Il sera alors possible d’ajuster la taille, la résolution, la position ainsi que la hauteur de la texture préalablement sélectionnée. Nous offrons aussi la possibilité d’une incrémentation automatique permettant d’associer pour chaque pièce identique un identifiant différent. En quelques clics, l’utilisateur pourra :

  • Réaliser des éprouvettes numérotées afin de valider la qualité d’impression à tous les endroits de son plateau d’impression
  • Gagner un temps important pour ne pas créer en CAO n pièces identiques avec un numéro différent
  • Assurer un suivi d’impression plus facilement

« L’intégration des opérations booléennes discrètes augment les possibilités de personnalisation et de modélisation des pièces à imprimer »

Enfin, dites-nous en plus sur les dernières avancées de votre logiciel.

Structures personnalisées d'une selle de vélo imprimée en 3D avec 4D_Additive.

Structures personnalisées d’une selle de vélo imprimée en 3D avec 4D_Additive.

Notre nouvelle version 1.5 de 4DAdditive est disponible depuis décembre 2023. Avec cette nouvelle version nous continuons à mettre en avant l’utilisation de l’exacte. Nous sommes à jours dans la prise en charge des principaux formats natifs de CAO (Catia, NX, Creo, Solidworks). Nous proposons aussi d’exporter les données de slice en exact. Le principal format impacté est le GCode pour la technologie FDM.

Le GCode est un fichier contenant une suite d’instruction permettant à la tête d’impression de se déplacer d’un point A à un point B en ligne droite. Mais ce format intègre aussi des commandes circulaires (G2 et G3). Favorisant la géométrie exacte dans 4DAdditive, il nous semble important d’utiliser ces données tout le long du processus. L’export du GCode avec les commandes G2 et G3 permet ainsi de conserver la définition mathématique des arcs de cercles et de ne plus discrétiser ces données.

Notre outil de création de lattice a lui aussi évolué afin de faciliter la création et la manipulation de cette géométrie. L’intégration des opérations booléennes discrètes augment les possibilités de personnalisation et de modélisation des pièces à imprimer. Nous avons amélioré notre outil de nesting afin de proposer d’autres stratégies d’arrangement pour répondre aux différents besoins des utilisateurs. Notamment, offrir la possibilité d’avoir le même nombre de chaque pièce dans le volume d’impression. Nous proposons aussi 4D_Additive Web Service. Il s’agit d’une version en SaaS de 4D_Additive, qui permettra à des éditeurs de plates-formes web d’utiliser certaines de nos fonctionnalités telles que le marquage ou le 3D nesting.

Alexandre Moussion