Modéliser en 3D pour l'impression 3D avec Rhinoceros

1.1. Avant-propos

Avant de commencer la modélisation avec Rhino, il y a quelques éléments à prendre en compte.

Concepts généraux pour la modélisation 3D avec Rhino

Rhinoceros fonctionne avec un système de modélisation 3D appelé NURBS, différent de la modélisation classique en mesh. Cependant, pour l’impression 3D avec Rhino, il est nécessaire de créer un mesh après la modélisation 3D, c’est pourquoi il est important de garder à l’esprit et de clarifier ces quelques concepts de base de 3D.


Modélisation 3D en NURBS : 

  • Curve : l’ensemble des points, lignes et segments qui constituent l’esquisse du modèle
  • Surface : élément plat sans épaisseur créé entre un groupe de curves fermées
  • Polysurface : Ensemble des surfaces en contact qui forme un volume
  • Solide : Polysurface entièrement fermée et reliée qui crée le modèle 3D 
Attention, un solide est différent d’un mesh 


Modélisation 3D en Mesh

  • Vertices (vertex) : point ou sommet
  • Edge : arrête qui connecte 2 vertices
  • Face : surface plane sans épaisseur créée entre un ensemble d’edges
  • Polygon : surface plane ou volume ouvert composés d’un ensemble de faces
  • Mesh : ensemble des vertices, edges et faces qui définissent la forme du modèle 3D
Attention, un mesh est différent d’un solide 


Un solide dans Rhino est fait à partir de NURBS, différent d’un solide fait à partir d’une modélisation en mesh 3D. Connaitre la différence entre ces 2 approches de modélisation 3D est important dans la réussite d’un modèle pour l’impression 3D.

Concepts généraux pour la modélisation 3D avec Rhino

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Dimensions de l’objet et compatibilité des mesures

Un des facteurs importants à prendre en compte avant de démarrer votre modèle 3D est la taille de l’objet par rapport à l’imprimante 3D professionnelle que vous allez utiliser pour produire votre pièce. Dans le cas où votre modèle serait plus grand que la zone d’impression 3D, le modèle devra être ajusté.

La dimension de votre pièce ainsi que l’unité de mesure (inch, centimètres, millimètres) doivent être prises en compte pendant la modélisation 3D. Vous trouverez ces informations dans Fichier > Propriétés > Propriétés du document > Unités.


Rhino units

Vous pouvez travailler avec l’unité de mesure qui vous convient ou celle qui convient à votre projet à tout moment. Cependant, avant l’exportation, vous devrez toujours changer l’unité sur millimètres et autoriser Rhino à ajuster le modèle à l’échelle.


Rhino units

L’unité paramétrée dans Rhino sera toujours interprétée comme des millimètres lors de l’importation vers d’autres logiciels. 

Par exemple : une pièce de 5 cm x 5 cm x 5 cm deviendra 5 mm x 5 mm x 5 mm lors de l’exportation de votre modèle en STL.

C’est pour cela que vous devrez changer l’unité de mesure en millimètre et ce peu importe l’unité de mesure à laquelle vous avez commencé votre modélisation.

Ajustement de la grille et mesures

Il est important d’avoir à l’esprit les mesures à tout instant de la modélisation 3D afin d’avoir un contrôle absolu sur la taille de votre pièce. 

L’outil principal de Rhino pour connaitre la taille de vos objets est la grille d’affichage en arrière-plan de la fenêtre. La grille vous permet de travailler précisément en utilisant les outils « alignement à la grille » et « dimension linéaire ».

Vous pouvez modifier et personnaliser votre grille dans le menu Fichier > Propriétés > Propriétés du document > Grille.


Rhino grid adjustment

L’outil « dimension linéaire » est l’outil de dessin technique de rhino et peut être utilisé pour mesurer préciser une distance sur votre modèle. Vous le trouverez dans Dimension > Dimension linéaire.


Rhino linear dimension tool

La dimension apparaît entre les flèches après avoir sélectionné un point de départ et d’arrivée.

Paramètres de tolérance

Nous vous recommandons de regarder les paramètres de tolérance de votre fichier dans Fichier > Propriétés > Propriétés du document > Unités > Tolérance absolue.

La tolérance du fichier 3D doit être réglée selon la taille du modèle ainsi que l’unité de modélisation. 

Par exemple, une tolérance de 0,001 mm pour un objet de 500 mm x 500 mm x 300 mm est exagéré. Une tolérance de 0,001 mm pour un objet de 70 mm x 70 mm x 70 mm est plus raisonnable.

Ce paramètre a aussi une importance dans la création du mesh comme nous le verrons plus loin dans ce tutoriel.

Outil de vérification en temps réel

Il peut être également utile d’activer l’outil vérifier les nouveaux objets en tapant la commande suivante dans la ligne de commande : CheckNewObjects. Cette commande va constamment vérifier chaque figure géométrique créée pour vérifier si celle-ci est valide (possible) et afficher un message lorsque l’une d’elles est corrompue.


Rhino real time tool verification

1.2. Modéliser pour l’impression 3D

La logique de modélisation de Rhino (comme n’importe quel autre logiciel de CAO) n’est pas la même pour l’impression 3D que pour les autres utilisations (rendu 3D et animation) c’est pourquoi ce guide est uniquement destiné pour la modélisation en vue d’une impression 3D.

Dans ce tutoriel, les images d’illustration du logiciel qui apparaissent correspondent à des impressions en matériaux plastiques référencés chez Sculpteo

La technique utilisée à Sculpteo est l’impression en Selective Laser Sintering (SLS) pour l’impression de modèle en plastique. Ce tutoriel prend donc en compte ces deux facteurs en considération, mais il est important de considérer cet aspect lors de la création de votre modèle et de son impression. Pour plus d’informations, référez-vous à notre page matériaux.

Maintenant, nous allons voir les choses à prendre en compte lors de la modélisation pour créer un solide correct.

Étanchéité de votre modèle

Lors de la phase de modélisation de votre modèle, il est primordial que votre modèle imprimable soit " étanche ". Une des erreurs les plus fréquentes avec Rhino est la modélisation de polysurfaces ouvertes, de géométries corrompues ou de segments inexistants. La création d’un modèle fermé ou « étanche » permet d'exporter et d'imprimer le modèle sans erreurs.

Polysurfaces fermées et edges non rattachées

Une polysurface fermée est un ensemble de surfaces contiguës qui construisent le volume fermé (aussi appelé solide). Idéalement, les « murs » du volume n’ont pas de trou et doivent être tous rattachés.

Un modèle formé par des polysurfaces fermées doit s’afficher dans la fenêtre comme ci-dessous. Ils sont construits avec le menu d’opérations Rhino’s surface and solid menu operations.


Rhino closed polysurface

Cependant, vous pouvez (volontairement ou pas) créer des modèles contenant des polysurfaces ouvertes différentes d’un modèle constitué de polysurfaces fermées. La plupart du temps, ce type de modèle permet de voir la structure intérieure du modèle (voir capture ci-dessous), mais n’est pas imprimable en 3D, notamment à cause de l’absence d’épaisseur de ces surfaces.


Rhino no thickness surfaces

Parfois, certains modèles 3D semblent fermés comme des polysurfaces conformes, mais ne le sont pas. On appelle cela des edges non rattachées. Ce type d’erreurs est formé lorsque le bord d’une surface n’est pas rattaché à une autre surface même si elles le sont visuellement. Cela entraîne la création d’un objet ouvert. Sur l’image ci-dessous, la surface sélectionnée est détachée du solide et peut être confondue avec celui-ci lorsqu’elle n’est pas sélectionnée.


Rhino naked edges

Cela peut se produire involontairement pour de nombreuses raisons, mais la plupart du temps, elle est due à une opération 3D mal réalisée comme le découpage, la division ou la reconstruction d’une surface. Cela peut aussi être dû à l’explosion ou la soudure de surfaces Rhino exploding and joining surfaces. Paradoxalement, la dernière opération (soudure) peut causer la création d’edges non rattachées lorsque plusieurs surfaces sont soudées ensemble en même temps. Après l’utilisation de l’une de ces opérations, il est recommandé de vérifier l’objet (nous verrons comment dans ce tutoriel), car certaines surfaces devront être soudées séparément pour éviter la création d’edges non rattachées et des problèmes lors de l’impression 3D.

Objets Valides

Les objets valides sont ceux ne comportant pas d’erreurs de géométrie. Une géométrie corrompue dans Rhino apparaît lorsque des règles de NURBS ne sont pas respectées ou que les NURBS contiennent un problème de structure. Les erreurs de géométrie ou de géométrie corrompues peuvent être à la fois des surfaces et des curves. Cela arrive pour de nombreuses raisons techniques, notamment lorsque la curve de séparation d’une surface est mauvaise. Ce n’est pas une opération qui peut être faite intentionnellement, mais cela apparaît souvent après une opération de soudure Rhino join operations ou une autre commande qui permet à deux objets d’être joints grâce à des opérations booléennes par exemple Rhino booleans operations. Ces opérations divisent les edges ou ajustent les curves de séparations sans se soucier si celles-ci sont plus petites que la tolérance absolue du fichier, ce qui crée des géométries corrompues.

Réduction du matériau

Les objets imprimés en 3D sont très souvent creux et l’une des raisons principales est la quantité de matériau utilisée. En impression 3D — à l’inverse des autres techniques de production — le coût de fabrication d’un objet n’est pas lié à la complexité de sa forme, mais à la quantité de matériau requise pour produire le design. C’est pourquoi évider votre objet va considérablement réduire le coût de l’impression 3D de 60 % à 70 % du prix initial.

Un autre facteur important à l’évidement de votre modèle est la réduction de son poids. Si vous souhaitez par exemple créer une copie plus grande de votre modèle, vous pouvez l’évider afin de l’agrandir tout en conservant un poids léger.

Le fait d’évider votre modèle n’affecte en rien votre objet. En revanche, celui-ci doit posséder au moins deux trous pour enlever l’excédent de matériau à l’intérieur de votre objet. C’est l’une des restrictions de la technique d’impression par SLS. Sans trou, le matériau est bloqué à l’intérieur de votre objet physique et altère sa solidité.

L’outil de mise en ligne d’un fichier de Sculpteo possède une fonction d’évidement automatique qui vous permet de gérer cet aspect directement en ligne. Cette fonction va automatiquement générer la paroi intérieure de votre modèle et vous laisser le choix de l’emplacement des trous sur votre objet. Pour en savoir plus sur l’outil d’évidement de Sculpteo, vous pouvez dès maintenant transférer votre fichier 3D et cliquer sur l’onglet « Optimiser » après la sélection de matériaux.

Nous allons maintenant voir comment évider votre modèle pour réduire la quantité de matériau utilisée lors de l’impression 3D et ainsi obtenir un objet plus grand, plus léger et moins cher en utilisant Rhino.


D’abord, agrandissez votre modèle à la taille désirée. Dans notre exemple, la taille du modèle a été doublée passant de 6 cm à 12 cm.



Rhino scale the model

Gardez à l’esprit que l’épaisseur minimale pour un objet en plastique est de 0,8 mm et que l’épaisseur maximale doit être cohérente avec la taille de votre modèle. Une épaisseur trop grande dans un petit objet peut produire des erreurs de géométries à l’intérieur de votre modèle. Nous vous recommandons d’essayer différentes épaisseurs afin de trouver celle qui correspond le mieux à votre objet. 

Avec le plastique en polyamide de Sculpteo, une tige est rigide à partir de 2 mm d’épaisseur (voir notre guide des matériaux pour plus d’information sur les instructions de design du polyamide).

Quand vous avez atteint la taille voulue, vous devez maintenant extraire l’une des surfaces et « ouvrir » votre polysurface. Pour cela, utilisez l’outil « Extraire surface » en tapant dans la barre de commande « ExtractSrf » puis en sélectionnant la surface à extraire. Vous pouvez maintenant supprimer la face.


Rhino scale the model

Ensuite, utilisez l’outil « Offset surface »  Rhino offset surface tool en cliquant dessus dans Filet Surface > Offset surface dans le menu de gauche ou en tapant la commande « offset srf ». 

Tout en ayant sélectionné l’objet, activez l’option « Solid=yes » et paramétrez la distance sur l’épaisseur choisie (2 mm pour l’exemple)

Si vous ne voulez pas que l’extérieur de votre objet soit modifié, retournez la direction de l’offset vers l’intérieur de votre modèle avec la fonction « FlipAll ». L’opération peut être faite en utilisant la barre de commande.


Rhino hollowing

Vous obtenez un solide (ou une polysurface fermée) avec une paroi uniforme de 2 mm d’épaisseur.


Rhino hollowing

Pièce d’un seul bloc

Parfois, les modèles d’impressions sont conçus grâce à plusieurs différents solides qui se croisent les uns avec les autres pour créer une seule et même pièce.


Rhino one single part

Même si le modèle est construit avec différents cubes ou cylindre, l’élément final doit être un solide compact et unique pour une impression 3D réussie. Lorsque vous sélectionnez une seule pièce de votre modèle, vous devriez voir apparaître dans la ligne de commande « 1 polysurface added to selection » ce qui veut dire que votre sélection a été ajoutée à votre objet.


Rhino 1 polysurface added to selection

Il est aussi possible que votre modèle soit composé de différentes pièces qui ne se croisent pas, mais qui sont très proches ou encore imbriquées avec un autre objet. Cette façon de modéliser en 3D est particulièrement utile lors de la création de pièces mobiles ou d’insert, de cavités, d’articulations, etc

Dans ce cas-là, vous devez garder à l’esprit les astuces de modélisations 3D pour ce type de pièces et comprendre le fonctionnement d’une articulation (2 solides distincts).


Rhino 1 polysurface added to selection

Pour créer un objet imprimé en 3D sans erreurs, ces particularités sont importantes à prendre en compte. Vous trouverez plus d’informations sur les articulations et les instructions de design en fonction de votre matériau sur notre page des matériaux.

1.3. Couleurs et textures pour l’impression couleur

Rhinoceros inclut de bons outils pour le mapping de couleurs et de textures, mais il n’est pas le logiciel le plus efficace pour ajouter de la couleur et des textures en vue d’une impression 3D. Cela dépend beaucoup des besoins du projet. Vous pouvez utiliser le mapping de couleur et de textures d’un autre logiciel comme 3D Studio Max ou tout autre logiciel gratuit après votre modélisation 3D dans Rhinoceros. Ces fonctions sont décrites dans nos autres tutoriels ici.

L’impression 3D en couleur ajoute des informations de couleurs et de textures au mesh final en utilisant les outils de mapping de couleur et de texture. La différence entre une impression 3D classique et une impression 3D couleur est que pour l’impression couleur, l’exportation du mesh doit être faite en .obj et non en .STL. 

Un fichier d’impression 3D couleur est composé de plusieurs fichiers contenant des informations de couleur et de texture. Lors de l’exportation en .obj, un fichier .MTL contenant les informations de mapping de texture est créé automatiquement par le logiciel. Ces deux fichiers ainsi que toutes les images de textures utilisées dans le modèle doivent toujours être conservés dans le même dossier.

La couleur et la texture peuvent être ajoutées avant ou après la création du mesh. 

La première chose à faire avant d’ajouter couleurs et textures est de se rendre sur l’onglet Display dans la colonne de droite et de changer le Display Mode sur Rendered tout en ayant sélection la vue en perspective. Cela vous permet de voir les modifications de couleurs et textures en temps réel.


Rhino 1 polysurface added to selection

Pour l’ajout de couleur à un objet, vous devez le sélectionner et, dans l’onglet Properties de la colonne de droite, cliquer sur le bouton Paint tube Rhino paint tube button. Ensuite, sélectionner l’option « Assign material by : Object » et changer la couleur dans « Basic Settings ».


Rhino assign material by : object

Rhino change the color

Rhino change the color

Rhinoceros possède quelques matériaux par défaut pour l’affichage de rendus. Ces matériaux peuvent être utilisés comme couleur d’impression 3D. Avant de commencer, vous devez activer le mode « Rendered Display » comme expliqué précédemment. Vous pouvez accéder aux textures par défaut et aux matériaux dans le menu Panels > Libraries. Une nouvelle fenêtre s’affiche contenant les textures et matériaux. Cliquer sur le matériau et glisser-le de la librairie à votre objet pour l’appliquer.


Rhino libraries

Rhino add textures and materials

Pour plus de précisions, vous pouvez utiliser les options de mapping de texture Rhino textures mapping options. Elles se trouvent dans la colonne de droite au-dessous de Paint tube. Cette option vous permet d’appliquer une texture à la surface de votre objet.

Quand vous avez terminé, sélectionnez votre objet et exportez-le au format .obj. Le logiciel va alors créer les fichiers nécessaires à l’impression 3D couleur

Vous pouvez transférer les fichiers dans une archive directement sur Sculpteo et commencer votre impression 3D.