Technologies numériques/Impression 3D/Modélisation 3D- Intermédiaire

TinkerCAD est idéal pour les petites pièces avec très peu de complexité. Cependant, comme il n'est pas basé sur les NURBS, il manque des majeures fonctionnalités . À ce stafe, Il est fortement suggéré que TinkerCAD, Blender, Cinema 4D ou d'autres applications de modélisation polygonale (non NURBS) soient réservées aux logiciels de CAO paramétrique, tels que Autodesk Fusion 360 (gratuit pour les étudiants. enseignants et éducateurs), Dassault Systèmes Solidworks (disponible via Remote Apps) ou PTC OnShape (entièrement en ligne, gratuit pour les étudiants et les enseignants) peuvent être utilisé pour la conception mécanique, car les modèles créés avec de tels logiciels contiennent des données beaucoup plus riches qui permettent de passer des modèles CAO aux données de fabrication.

Formes complexes dans TinkerCAD

Dans la section débutant de la modélisation 3D, vous avez appris à regrouper des formes. Dans TinkerCAD avancé, vous utiliserez les compétences que vous avez acquises pour créer des formes plus complexes. TinkerCAD vous fournit des géométries de base telles que des cubes et des cylindres. Vous pouvez combiner ces formes pour créer des géométries plus complexes, telles qu'une maison, à l'aide de la fonction de groupe. Pour créer des dessins encore plus compliqués, vous pouvez combiner des formes complexes pour créer des trous complexes. L'exemple ci-dessous illustre la procédure de création de formes et de trous complexes.

L'exemple ci-dessous vous guidera dans la création d'un bouton en forme de cœur. Il s'agit de regrouper des formes afin de créer une forme et une fonction plus complexes.

1. Ajoutez une forme de boîte à l'espace de travail. Veillez à ce que la dimension de la boîte corresponde à l'épaisseur du bouton souhaité. Cette dimension servira de point pour le cœur.
2. Ajoutez deux cylindres de la même épaisseur que la boîte sur deux bords de la boîte. Le diamètre du cylindre correspond à la largeur de la boîte. Cela créera les bosses du cœur.
3. En utilisant l'objet à toit rond, dimensionnez-le à la taille appropriée pour le cercle à boutons.
4. Copiez et collez un deuxième objet de toit rond et faites-le légèrement plus petit pour créer le trou du cercle à boutons.
5. Transformez l'objet en trou et positionnez-le en conséquence.
6. Enfin, regroupez les formes et le bouton est terminé.

Conception pour l'impression 3D

Il y a quelques points importants à prendre en compte lors de la modélisation pour l'impression 3D. Il est important d'optimiser l'impression en réduisant le temps d'impression et le matériel tout en garantissant la précision et la solidité de la pièce.

1. Divisez votre modèle en parties plus petites et plus faciles à gérer. De nombreux modèles comportant des détails complexes ou de grandes dimensions seraient plus faciles à imprimer s'ils étaient divisés en plusieurs parties.
   
2. Essayez de vous assurer qu'il y a une surface plane sur l'impression. Cela facilitera la mise en place de l'impression. La face plane peut adhérer à la plaque de construction, ce qui minimise le besoin d'une adhésion supplémentaire à la plaque de construction. orientation.png|center|thumb|300x300px]]
3. Éviter les pièces flottantes. Tous les aspects du modèle doivent être reliés au modèle principal. Minimisez également les surplombs dans le modèle. Cela évitera de perdre du temps et du matériel à imprimer des supports.
   
4. L'impression FDM a des capacités limitées en matière de précision dimensionnelle. Il est recommandé d'éviter d'imprimer des trous de petite taille orientés horizontalement. Ces trous sont souvent déformés et imprimés avec des supports difficiles à enlever.
   
5. Les pièces imprimées sont plus résistantes dans une direction que dans une autre. Il est important de garder cela à l'esprit lors de la conception. Les pièces imprimées seront plus faibles dans les zones où les couches se rencontrent. Cela signifie que les pièces imprimées ont une faible résistance à la traction le long de l'axe Z. Les impressions seront plus résistantes dans les plans parallèles à la surface de construction.
   
6. Exagérez les détails de vos dessins. C'est une chose importante à garder à l'esprit. Pour que les détails apparaissent sur les petits motifs, vous devez faire des coupes plus profondes et plus grandes. Il peut également être utile d'épaissir les motifs minces.
   

Les surfaces arrondies ne sont pas bien visibles. Étant donné que la FDM imprime en couches, les surfaces arrondies ont un aspect irrégulier. Pour obtenir une surface lisse, un traitement supplémentaire sera nécessaire.

Si votre conception est destinée à être utilisée dans des assemblages (électro-)mécaniques comportant des composants d'interface, il est important que vous compreniez trois concepts de base du tolérancement et que vous les gardiez à l'esprit lors de la modélisation ou, plus généralement, de la conception de ces assemblages.

1. La forme : La forme d'une pièce fait référence aux dimensions globales et à la forme des surfaces extérieures d'un composant. Un défaut de forme est une impression qui ne correspond pas à la géométrie de base utilisée pour la créer en CAO, en raison de variables physiques défavorables au cours du processus d'impression. Voici quelques exemples :
   1. Une sphère peut s'avérer légèrement ovale une fois imprimée en raison d'un refroidissement inadéquat, etc ;
   2. Un pilier peut se retrouver incliné d'un côté en raison d'une mauvaise tension de la courroie entre les axes de la courroie, etc ;
   3. Un élément de broche peut s'avérer trop grand pour s'adapter à son trou de fixation parce que l'imprimante a produit trop de matériau lors de la production des parois extérieures de l'élément (l'inverse peut également être vrai).
2. Position : La position fait référence à la distance séparant une caractéristique d'une référence (idéalement) significative (par exemple, la distance entre un trou et le côté d'une pièce, ou entre deux trous). Heureusement, les défauts liés à la position sont rares sur une imprimante correctement réglée, car l'imprimante ne dispose d'aucune information sur les références existantes autres que la plaque de construction. Si elle est bien réglée, l'imprimante imprimera toujours un élément à une certaine distance (X,Y,Z) par rapport à un autre élément, parce que c'est ce que le gCode lui demandera de faire. Vous pouvez cependant imaginer que si la pièce est déformée, la « référence de la plaque de construction » n'est plus valide, et les pièces déformées ont presque toujours des éléments hors position, à moins que la référence significative (élément d'interface) utilisée dans la conception ne soit pas la plaque de construction. Cependant, étant donné que la référence de la plaque de construction est très importante pour définir la position Z des éléments (pour l'imprimante), le fait d'utiliser une autre référence que la plaque de construction ne garantit pas toujours une bonne tolérance de position, indépendamment du gauchissement.
3. La surface : L'état de surface d'une pièce est un sujet assez complexe. Dans l'impression 3D, et pour les applications typiques des pièces imprimées en 3D, il s'agit principalement de la différence moyenne (statistique) entre la hauteur des cuspides et des vallées d'une pièce et leur écart par rapport à cette moyenne, à un niveau macroscopique. La considération la plus importante est que lors de l'impression 3D, la plupart des finitions de surface sont assez rugueuses (s'écartant de manière significative de la moyenne) et sont donc considérablement poncées pour éliminer les cuspides laissées par l'imprimante. Ce post-traitement peut avoir un effet négatif sur la forme de la pièce finale.

Notez qu'un ajustement mécanique correct entre les composants exige une bonne tolérance sur la forme, la position des caractéristiques et la finition de la surface, de sorte qu'il est généralement impossible d'obtenir un ajustement correct lors de l'impression 3D, et que si vous envisagez d'imprimer en 3D des composants d'interface critiques, l'impression 3D ne devrait pas être utilisée à moins que le post-traitement ne soit intégré dans la conception. Pour les conceptions mécaniques, vous remarquerez que les supports constituent l'une des principales applications. En effet, les supports n'ont besoin que d'une bonne tolérance de position sur les trous et les faces d'accouplement, ce que l'impression 3D peut presque toujours fournir (la tolérance sur la forme des trous n'est pas très importante puisqu'il s'agit généralement de trous de dégagement). Toutefois, comme certains supports sont facilement découpés au laser, l'impression 3D des supports n'est utilisée que dans certaines conditions spécifiques. Elle a certainement montré son utilité commerciale dans la réduction des coûts en remplaçant des assemblages complexes de plusieurs pièces par des pièces conçues de manière générative (nous dirons pour l'instant générées par ordinateur), comme le montre l'image ci-dessous.

Un support métallique imprimé en 3D et conçu de manière générative (généré par ordinateur à partir de données de charge, à l'aide d'une analyse par éléments finis), remplaçant probablement une multitude d'autres pièces qui auraient été fabriquées à l'aide de méthodes de fabrication traditionnelles, ce qui aurait conduit à un support plus lourd et plus coûteux.

Formats de fichiers CAO

Dans la section sur la modélisation 3D destinée aux débutants, vous avez découvert TinkerCAD. Dans les instructions, il vous a été demandé d'exporter vos conceptions 3D sous forme de fichiers STL ou OBJ. Cette section aborde les différences entre les différents formats de fichiers CAO.

Standard Triangle Language (*.STL)

Facettes utilisées pour représenter un cube et une sphère.

Les fichiers STL sont le format de fichier le plus utilisé pour l'impression 3D et la modélisation 3D. La plupart des imprimantes 3D prennent en charge ce format de fichier. De nombreux modèles imprimables en 3D en ligne sont également disponibles au format de fichier STL. STL est l'abréviation de stéréolithographie, un procédé d'impression 3D créé par 3D Systems dans les années 1980. Le format de fichier STL encode la géométrie de surface d'un objet 3D. Cela se fait par tessellation, un processus de pavage d'une surface avec une ou plusieurs formes géométriques de manière à ce qu'il n'y ait pas de chevauchement ou d'espace. La méthode de base pour tesseler la surface extérieure des modèles 3D consiste à utiliser de minuscules triangles (appelés « facettes ») et à stocker les informations relatives aux facettes dans un fichier. Par exemple, la figure ci-dessous montre comment un cube peut être représenté par 12 triangles, alors que plus de 17 000 triangles sont nécessaires pour représenter une sphère. Les triangles étant constitués de trois arêtes droites, il peut être difficile d'obtenir une approximation des géométries courbes. Pour ce faire, la densité du maillage est augmentée et la taille de chaque triangle est réduite.

Le format de fichier STL stocke les informations sous forme de coordonnées des sommets et de composantes du vecteur normal unitaire au triangle. Le vecteur normal pointe vers l'extérieur du modèle 3D.

Tessellation non valide à gauche, tessellation acceptable à droite

Représentation visuelle des sommets et du vecteur normal.

Il existe quelques règles pour la tessellation et le stockage des informations. La règle des sommets stipule que chaque triangle doit partager deux sommets avec ses triangles voisins.

La règle d'orientation stipule que l'orientation de la facette doit être spécifiée de deux manières. La direction de la normale doit pointer vers l'extérieur, et les sommets sont énumérés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre lorsque l'on regarde l'objet de l'extérieur.

La règle de l'octant entièrement positif stipule que les coordonnées des sommets du triangle doivent toutes être positives. Cela garantit que toutes les coordonnées stockées sont positives, ce qui permet d'économiser de l'espace dans le fichier. Enfin, la règle de tri des triangles recommande que les triangles apparaissent dans l'ordre croissant des valeurs z. Il s'agit d'une recommandation plutôt que d'une règle. Il s'agit d'une recommandation plutôt que d'une règle, car elle aide le logiciel à découper les modèles plus rapidement.

Représentation visuelle de la règle d'orientation.

Wavefront OBJ (*.OBJ)

Courbes de forme libre sur la surface du modèle 3D

OBJ est un format de fichier essentiel pour l'impression 3D. Il est généralement préféré pour l'impression 3D multicolore. Il est souvent utilisé comme format d'échange pour les modèles 3D non animés. Le format de fichier OBJ stocke des informations sur les modèles 3D en codant la géométrie de surface du modèle. Il stocke également des informations sur sa couleur et sa texture. Il ne stocke aucune donnée sur les animations ou les scènes. Il s'agit d'un format ouvert et neutre. C'est pourquoi il est souvent utilisé pour partager des modèles 3D, car de nombreux logiciels de CAO prennent en charge ce format. [Fichier:OBJ file .png|thumb|Courbes libres sur la surface d'un modèle 3D]] Il diffère du STL car il stocke des informations sur les couleurs et les textures. STL est un format de fichier plus ancien qui ne dispose pas des fonctionnalités modernes. Il ne permet pas l'impression en plusieurs couleurs ou en haute résolution. OBJ permet d'obtenir une bonne approximation de la géométrie de la surface sans augmenter considérablement la taille du fichier. Il prend également en charge plusieurs couleurs et textures dans le même modèle.

OBJ encode la géométrie de surface d'un objet 3D selon de nombreuses méthodes différentes : Tessellation avec des faces polygonales, des courbes de forme libre et des surfaces de forme libre. Comme STL, OBJ permet la tessellation des surfaces avec des formes géométriques simples comme des triangles ou des polygones plus complexes. C'est la manière la plus simple de décrire la géométrie des surfaces. Cependant, l'approximation des surfaces courbes avec des polygones introduira une grossièreté et une déviation géométrique par rapport au modèle. La taille des polygones peut être réduite pour augmenter la qualité des impressions. Cependant, cela peut conduire à des tailles de fichiers gigantesques qui peuvent être difficiles à gérer pour les imprimantes 3D. Il est important de trouver le bon équilibre entre la qualité d'impression et la taille des fichiers.

La géométrie de la surface peut également être définie à l'aide de courbes de forme libre. L'utilisateur définit un ensemble de courbes de forme libre le long de la surface du modèle. La surface est ensuite approximée à l'aide de l'ensemble des courbes. Cette méthode est plus complexe que celle des faces polygonales, mais elle permet d'utiliser moins de données pour décrire la même surface. Les lignes courbes peuvent être décrites à l'aide de courbes de forme libre avec quelques paramètres mathématiques. Cela permet un encodage de meilleure qualité sans augmenter drastiquement la taille du fichier.

DS Solidworks Parts (*.SLDPRT) et DS Solidworks Assemblies (*.SLDASM)

Les formats de fichiers Sldprt sont des extensions de fichiers SolidWorks natives. Ils fournissent des détails sur des pièces spécifiques au sein d'un système. Il s'agit d'un format de fichier spécifique au logiciel. L'ouverture des fichiers SolidWorks dans les slicers et autres logiciels peut entraîner une certaine corruption de vos conceptions. Toutefois, comme il s'agit d'un format de fichier spécifique à un logiciel, il contient le plus d'informations sur vos modèles. C'est pourquoi vous devez effectuer toutes vos modélisations lorsque les fichiers sont au format natif

ISO10303 - Norme pour l'échange de données de modèles de produits (*.STP, *.STEP)

Le format de fichier STEP est un format de fichier neutre. C'est le format de fichier le plus couramment utilisé pour partager des conceptions 3D. Il permet aux utilisateurs d'ouvrir les conceptions d'autres personnes à l'aide du logiciel de leur choix. Il stocke les images 3D dans un format ASCII. Les fichiers STEP peuvent être ouverts avec la plupart des logiciels de CAO. Il n'est pas facile à éditer. Le modèle s'affiche comme un objet finalisé. Les utilisateurs ne peuvent pas modifier des dimensions ou des caractéristiques spécifiques du modèle.