Modéliser pour l'impression 3D avec Blender

1.1.Préparation du logiciel

Réglage de l'échelle et d'un système de mesure

Par défaut le logiciel Blender utilise des unités "Blender" non définies sur un système de mesure. Afin de connaître l'échelle de notre futur objet imprimé en 3D, il nous faut définir une échelle de mesure. Pour cela, rendez vous dans le panneau "Properties ", puis dans l'onglet “Scene” pour régler l’échelle en système métrique. Par défaut, une unité "Blender" mesurera 1 mètre. Le paramètre “Scale” permet de réduire ou d'augmenter l'échelle globale. On retrouve la taille de l'objet dans les propriétés de l'objet (touche N).

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Activation des Addons

Certains Addons offrent des fonctionnalités utiles pour ce tutoriel. Il est nécessaire de les activer. Pour cela, rendez vous dans les préférences utilisateur (Ctrl+Alt+U) dans l'onglet "Addons". Puis utilisez la fonction recherche afin de trouver les Addons nécessaires.

Addons à cocher : "Looptools" et "3D PrintToolbox"

Pour conserver l'activation de ces Addons entre deux démarrages de Blender cliquer sur "Save User Settings".

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1.2. Modélisation polygonale pour l’impression 3D

Conseils de bases à respecter pour concevoir un modèle imprimable

La modélisation pour l'impression 3D nécessite de respecter quelques règles élémentaires pour que votre objet puisse être bien imprimé.

  • Modéliser en manifold
  • Prenons un exemple concret (image ci-desosus) pour expliquer le principe de modélisation en manifold. Le modèle 3D de gauche ne constitue pas un volume mais une surface, parce qu’il n’est pas plein : il n’est pas fermé, ou n’a pas d’épaisseur indiquée sur ses surfaces. Pour cette raison, les logiciels d’impression 3D ne pourront pas imprimer le modèle, celui-ci n’étant pas considéré comme un volume. Pour être sûr de créer un volume imprimable, il faut donc penser à fermer tous les trous de votre modèle avec les outils disponibles (F pour créer un Ngon {face à n cotés}, l'extrusion, puis Alt+M pour tout réunir, ou encore la commande Ctrl+F Grid Fill afin de créer un maillage en quad). Pensez à fixer les éléments que l’on a l’habitude de laisser libre quand on modélise pour l’animation 3D ou le jeu vidéo, comme les yeux ou la langue d'un personnage.

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  • Eviter les surfaces superposées
  • Dans l’exemple ci-dessous, les deux cubes forment bien deux volumes, mais ne s'entrecroisent pas : la zone de contact entre les deux (en orange) se superpose complètement. Il faudra supprimer les deux faces superposées et supprimer les Vertices doubles. Dans le cas de géométries plus complexes, il est préférable de chevaucher les géométries et d'appliquer un Modifier “Boolean” pour ne pas avoir à traiter manuellement un trop grand nombre de faces.

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  • Conserver des topologies propres et peu denses en polygones
  • Il est inutile de trop augmenter les lissages de subdivisions, afin d’éviter des fichiers trop denses en polygones lors de l'export. Cela permet d'optimiser la taille des fichiers à traiter. Dans l’exemple ci-dessous, le Modifier Subdivision Surface activé à 1 est suffisant pour obtenir une bonne géométrie générale. Il est possible de baisser la densité de Vertices sans perdre la topologie générale avec des Modifiers types Decimate ou ReMesh.

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  • Eviter les portes à faux et les géométries trop fines
  • En fonction du matériau utilisé il est nécessaire de respecter diverses contraintes. L'épaisseur minimale pour chaque matériau doit être respectée.

    L'exemple ci-dessous illustre une vue de haut en orthonormée (touche 5 et 7 du pavé numérique) sur un scarabé. On voit très clairement les parties du design qui sont inférieures à 1mm, la grille de fond étant en mm. Il est important de garder en mémoire la taille pour laquelle on veut imprimer l’objet car si on le réduit par la suite, certains éléments seront trop fragiles. Lors du transfert du fichier 3D sur le site de Sculpteo, il est possible de contrôler ces aspects directement en ligne grâce à notre outil de contrôle de solidité.

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Outils de modélisation pour l’impression 3D

Les outils de modélisations de Blender sont nombreux et variés. Nous vous présenterons ici uniquement les outils couramment utilisés pour la modélisation orientée impression 3D. Pour plus d’informations concernant les outils de modélisation de Blender, vous pouvez consulter la page wiki dédiée.

  • Inset : l'outil Inset (Raccourcis “I”) permet de rajouter un loop de face autour de la sélection.
  • Instant extrude : l'Instant Extrude permet l'extrusion de la sélection avec un Ctrl+ Clic Gauche.
  • Knife : l'outil Knife (Raccourcis “K”) permet de créer un loop d'edge pour découper un objet.
  • Bevel : le Bevel crée un chanfrein sur la sélection (Raccourcis Ctrl+B). Attention, en impression 3D les arrondis et chanfreins ont tendance à faire ressortir les couches d'impression sous forme de strates.
  • Grid fill : le Grid Fill (Raccourcis Ctrl+F) comble la surface manquante avec un grid lorsque le nombre de vertices est pair. Cet outil est idéal pour boucher des parties vides avant impression.
  • Bridge edge : le Bridge Edge Loops (Raccourcis CTRL+E ) ajoute les faces manquantes entre deux loops , il est préférable d'avoir deux loops avec le même nombre de vertices. Cet outil est idéal pour raccorder deux parties séparées d'un Mesh.

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Convertir des objets courbes et textes en Meshs imprimables

Avec cet exemple, nous allons rendre un texte simple imprimable en 3D avec un support, en utilisant les objets texte et courbe de Béziers. Pour commencer, ajoutez dans une scène vide un objet texte.

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Par défaut, l'objet ajouté n'est qu'une surface. Il faut donc y ajouter de l'épaisseur. Pour cela rendez vous dans le panneau “Properties” de l'onglet texte : le paramètre "Extrude" permet d'ajouter du volume à la surface. Le paramètre "Depth" règle la taille du chanfrein au besoin.

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Les lettres étant séparées, nous allons créer un support en utilisant une courbe Bézier circle. Dans l'onglet BezierCurve, cochez l'option "2D" puis jouez avec les mêmes paramètres que le texte pour obtenir l'épaisseur souhaitée.

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La géométrie est maintenant correcte pour commencer les opérations préliminaires à l'export. Blender n'exportant que les polygones, il faut convertir ces deux objets en Mesh afin de pouvoir les exporter correctement. Utilisez le raccourci Alt+C puis choisissez convert to Mesh from Curve/Meta/Surf/Text.

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Répétez l'opération pour le texte pour qu’ils deviennent des Meshs de polygones. La conversion en Mesh génère cependant des Vertices en doubles qu'il faudra retirer en mode édition (Ctrl+V, "removes doubles"), sans oublier de recalculer les normales vers l'extérieur (Ctrl+N).

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Votre objet est maintenant prêt à être exporté pour l'impression 3D.

1.3. Les Modifiers pour l'impression 3D : bonnes pratiques

Les Modifiers de Blender peuvent être appliqués de manière interactive et non destructive, dans l’ordre choisi par l’utilisateur. Ce type de fonctionnalité est souvent désigné sous le terme de “pile de Modifiers”. L’avantage de cette technique est que ces modifications sont non destructives sur l'objet et ne modifient pas sa topologie en mode édition. Les Modifiers sont ajoutés sous l’onglet “Modifiers” du panneau propriétés, sur la droite de l'interface.

Ici nous allons découvrir comment utiliser les Modifiers correctement en vue d'une impression 3D.

Modéliser d'un seul coté : Le Modifier Mirror

Le Modifier Mirror permet la duplication de la géométrie en miroir sur un axe. Ce Modifier est très courant et très simple à utiliser. Cependant, pour éviter des erreurs courantes qui génèrent des problèmes d'impression, il faut respecter certains points.

Vérifiez toujours que l'axe de symétrie qui se trouve au centre de l'objet correspond à la localisation du loop central de l'objet. Une fois le loop central en place, cochez l'option "clipping" dans le Modifier. Cette option bloque le loop central sur son axe et évite les erreurs de manipulations. Il est aussi préférable de placer le Modifier Mirror en premier sur la liste des Modifiers. Ces manipulations permettent de conserver un Mesh manifold.

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Toujours dans le cadre de l'utilisation du Modifier Mirror, veillez à supprimer toutes les faces internes qui peuvent rester après la duplication d'un Mesh manifold. Comme abordé précédemment, ces faces inutiles et sans épaisseur peuvent poser problème à l'impression.

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Traiter les faces trop nombreuses (fichiers trop gros) : Les Modifier ReMesh et Decimate

  • Le Modifer ReMesh
  • Le Modifier ReMesh permet une re-modélisation de la topologie d'un Mesh sans Modifier la géométrie générale. Ce Modifier s'applique dans le cas où la topologie du Mesh est trop dense en polygones et trop irrégulière. On rencontre ce cas principalement suite à l’importation d'un fichier venant d'un autre logiciel ou lors d'un sculpt en topologie dynamique.

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  • Le Modifier Decimate
  • Toujours dans le soucis d'obtenir un Mesh léger à exporter et facilement modifiable, le Modifier Decimate permet également de réduire la densité de polygones sur un Mesh. Le respect de la géométrie est plus précis mais la topologie est moins bonne que le Modifier ReMesh.

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Ajouter une épaisseur sur une surface : Le Modifier Solidify

Le Modifier Solidify permet d'ajouter de l'épaisseur sur une surface. Le paramètre "thickness" gère l'épaisseur en unité Blender. Cet outil est idéal pour transformer une surface non imprimable en un volume imprimable.

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Cochez "eventhickness" en cas d'angles prononcés sur votre géométrie. Ce paramètre est important pour conserver une épaisseur régulière sur toute la géométrie et permet d'éviter les zones fragiles.

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Coller une géométrie sur une autre: Le Modifier Shrinkwrap

Le Modifier Shrinkwrap permet de coller une surface sur une géométrie. Associé au Modifier solidify il permet de créer des vêtements ou accessoires qui adhèrent sur un personnage ou un objet. Pour l'impression 3D ce Modifier est idéal pour créer un volume qui "colle" à un autre. Pour éviter les duplications de surfaces, veillez à garder une valeur à 0 en offset dans le Modifier Solidify.

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>Géométries Multishell et auto intersections: Le Modifier Boolean

Le Modifier Boolean permet d'effectuer une opération booléenne entre deux objets mais sans être destructif. C’est une fonctionnalité idéale pour créer un trou d'évacuation de poudre en vue d'une impression ou pour supprimer les intersections de faces.

Par exemple, pour supprimer les intersections de faces on utilise ici le mode "union".

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1.4. Cas pratique création d'une tête de Chat

Mettons en pratique les outils que nous avons vus dans les chapitres précédents. Ici le but sera de créer une tête de chat creuse pour économiser de la matière, grâce à un trou d'évacuation afin de retirer l'excédent.

Pour commencer, ajoutez une UV sphère applatie (raccourci S) sur les axes z et y.

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En mode édition,proportionnelle activée, déplacez les Vertices pour obtenir la forme voulue.

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En mode objet, ajouter un objet plane qui va servir pour dessiner les détails de la tête. Les Modifiers suivants sont nécessaires pour que la géométrie soit correcte.

  • Un Modifier Mirror pour dupliquer la géométrie sur l'axe x
  • Un Modifier Subsurf pour faire un premier lissage avant Shrinkwrap
  • Un Modifier Shrinkwrap activé sur la sphère pour faire coller la géométrie. Utilisez le mode "project" et cochez l'option "negative" pour projeter la forme de l'objet
  • Un Modifier Solidify pour donner du volume. Ici, le paramètre "offset" doit être à 0 pour que l'épaisseur chevauche la tête
  • Un Modifier Subsurf pour effectuer un deuxième lissage

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Avec des extrusions simples, modélisez les détails du visage. La pile de Modifier permet de coller à l'objet tout en gardant une épaisseur.

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Pour donner de l'épaisseur à notre objet tête, ajouter un Modifier Solidify. Ici la valeur est de 0.12cm en épaisseur pour une tête de 2cm. Le Modifier Subsurf sera placé après afin d'éviter les déformations au niveau des oreilles.

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Pour créer le trou d'évacuation, ajoutez un objet cylindre. Puis ajoutez un Modifier Boolean sur l'objet tête avec pour cible le cylindre en mode "difference".

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Placez le cylindre dans un autre calque avec le raccourci M.

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Votre objet est prêt à être exporté pour l'impression 3D.