Impression 3D & modélisme: premiers pas

Wagon Märklin 4513 Restauré

Il y a maintenant 3 ans, j’ai débuté dans le monde de l’impression 3D. Mon but premier était de construire des trucs pour le modélisme ferroviaire, mais force est de constater que j’ai aussi imprimé bien d’autres choses. Ce billet est destiné à une personne qui s’intéresse au sujet et qui ne sait pas trop où commencer.

Imprimantes

Il existe fondamentalement deux technologies accessibles aux amateurs, la fusion par filament (FDM, Fused Deposition Modelling) et celle basée sur la résine (SLA, Stereolithography). La première consiste a faire fondre du plastique et de la déposer peu à peu, un peu comme on fait des châteaux de sable en laissant couler du sable très humide de sa main, l’autre consiste à durcir une résine à des points précis grâce à une lumière ultra-violette.

De manière très schématique, le FDM est plus simple, et moins coûteux, le SLA permet des détails plus fins, mais est plus complexe, et implique des produits plus toxiques. C’est une des premières choses à souligner : s’il existe des plastiques non toxiques (le PLA typiquement), faire fondre ou polymériser du plastique implique des substances et/ou des fumées toxiques. Il faut donc savoir ce qu’on fait et prendre ses précautions.

Les caractéristiques les plus importantes d’une imprimante sont sa résolution, i.e. le plus petit objet qu’elle peut imprimer, et son volume d’impression, i.e. la taille maximale de l’objet qu’elle peut imprimer. Il existe évidemment plein d’autres options, le fait d’avoir un boitier fermé, une connection réseau, une caméra (les impressions prennent des heures), certaines imprimantes peuvent imprimer avec plusieurs filament de couleur différentes, etc…

Il existe des services qui peuvent imprimer un objet dans une grande variété de matériaux, plastiques, métaux, donc il est parfaitement possible de développer un objet avec un type d’imprimante et de le faire imprimer sur une support par des professionnels.

Les Fichiers 3D

Le fichier le plus commun pour représenter un objet en 3D est le format , c’est fondamentalement une liste de triangles qui décrit un volume. Il faut noter que c’est une format dit vectoriel, c’est à dire que l’information est représentée sous forme de structures géométriques, il n’y a pas de notion de résolution, pas de pixels. L’équivalent 3D du pixel existe, il s’appelle un voxel, mais n’est pas utilisé dans ce domaine. Cela a son importance quand on veut partir d’un fichier 2D, car il faut alors un fichier 2D vectoriel, comme par exemple du SVG (et pas du JPEG ou du PNG).

La majorité des programmes de CAD (Conception Assistée par Ordinateur), i.e. des programmes permettant de dessiner en 3D, sont capable d’importer et d’exporter des information au format STL. Il existe des bases de données de modèles 3D gratuits, comme Thingiverse ou Printables. Donc il est non seulement possible d’imprimer ces modèles, mais aussi de les modifier.

La plupart sont mis à disposition sous une license comme Creative Commons, qui en substances disent que vous pouvez utiliser les données librement, à condition de laisser les autres en faire de même avec votre version. Cette approche open-source s’adapte à mon avis bien au monde du modélisme ferroviaire, où il y a beaucoup d’amateurs qui peuvent améliorer un modèle de manière itérative. Il existe aussi des sites qui vendent des modèles.

Si le format STL est la lingua franca de l’impression 3D, ce n’est pas un format parfait, il ne contient que les triangles. Ce qui fait les informations de structure, par exemple le fait qu’une pièce est la combinaison de deux pièces, ne s’y trouvent pas. Comme le format ne supporte que des triangles, les courbes doivent être approximées par une séquence de triangles.

Un programme très simple pour éditer des fichiers 3D est TinkerCad. Il a l’avantage d’être très simple, gratuit et de tourner dans un browser web. C’est encore aujourd’hui celui que j’utilise.

Slicer

Le truc bête, c’est qu’une imprimante 3D ne comprend pas réellement les fichiers STL. Il faut convertir les formes géométriques en une séquence de mouvement de la tête d’impression, d’injection de plastique, mais aussi de réglages de température, de la vitesse des ventilateurs. C’est le travail du slicer, ainsi nommé car il découpe le volume en tranches qui seront imprimées une après l’autre. Selon le modèle d’imprimante, le fabricant fournit un slicer, ou on peut en choisir un autre.

Slicer FlashPrint

Techniquement, une imprimante 2D fait une conversion similaire, peut-être au niveau du driver (pour les jets d’encre typiquement) ou au niveau de l’interpréteur embarqué (pour les imprimantes laser). Mais là où l’impression 2D est un processus stable et déterministe, il y a énormément de variables avec lesquelles on peut jouer dans le slicer, qui ont un effet dramatique sur le résultat de l’impression.

Souvenez-vous que l’impression se fait en ajoutant de la matière couche après couche, la couche supérieure doit reposer sur quelque chose. Le slicer doit donc ajouter des supports (qui devront être retirés après l’impression) remplir les volumes (par exemple avec une structure en nid d’abeille). Le simple fait de changer tourner l’objet que l’on imprime peut avoir des effets dramatiques. Bref, l’utilisation du slicer est un art.

Le slicer produit généralement un fichier au format G-code. Si ce format est raisonnablement standard, son contenu est spécifique à une imprimante.

Impression

Une fois le fichier G-code prêt, on l’envoie sur l’imprimante, selon les modèles cela se fait au moyen d’une clef USB, ou via le réseau. Comparé à l’impression 2D sur du papier, il y a deux grosses différences :

  • L’impression est lente
  • L’impression foire souvent

Une impression de mesure en heures et plus l’objet est compliqué, plus ce temps s’allonge. Même si les imprimantes et les slicers sont constamment améliorés, il arrive (souvent) que l’impression rate: les supports sont mal placés, l’objet se décolle du support d’impression, l’objet se courbe à cause du différentiel de refroidissement. C’est un apprentissage.

Au delà de l’impression 3D

L’impression 3D n’est qu’une technique, et si on peut concevoir un objet complet et l’imprimer d’une seule pièce, je pense que dans le monde du modélisme ferroviaire, c’est un bon outil pour fabriquer certaines pièces. Un exemple typique est la benne de remplacement pour le wagon Märklin 4513. Mon imprimante n’a pas la résolution pour imprimer un bon chassis, ou même des essieux ou un attelage, mais pour avoir une benne de remplacement cela fonctionne.

Il existe d’ailleurs différents outils qui partagent l’aspect informatique de l’impression 3D, mais qui fonctionnent autrement et qui permettent de fabriquer des pièces très différentes : découpeuses à papier/carton, découpeuse laser, fraises CNC, etc. La découpeuse à papier/carton est quelque chose que j’expérimente en ce moment.

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