Modéliser pour l'impression 3D

Modeler pour l’impression 3D implique de respecter un certain nombre de bonnes pratiques. En effet, au-delà des limites propres aux matériaux utilisés, il est nécessaire de prendre en compte le fait que le fichier créé ne sera pas seulement une représentation virtuelle, mais un support permettant aux imprimantes 3D de créer un objet physique. Dans cette partie, vous apprendrez les notions clés à avoir pour modéliser avec SolidWorks pour l'impression 3D.

Solidworks repose sur une modélisation basé sur des splines (spline modeling), ce qui permet une grande précision. En couplant cette technique à l'utilisation du système de corps volumique de Solidworks, une partie des contraintes classiques sont traitées "automatiquement", Solidworks ne générant que des corps volumiques "cohérents", et donc "valides" pour générer un objet physique.

Il est cependant important de respecter les règles suivantes :

  • Les différents éléments de votre modélisation ne doivent pas s’intersecter
  • Tous les éléments que vous modélisez doivent avoir une épaisseur
  • Votre objet doit avoir un "intérieur" et un "extérieur" explicite. Nous verrons que SolidWorks gère ce principe très facilement de manière automatique
  • Votre fichier doit, de façon optimale, faire moins de 50Mo après l'export. Cette limite est généralement amplement suffisante pour générer un fichier valide pour une impression sans perdre de détails ou informations. Nous détaillerons les possibilités d'export et la gestion du poids de fichier dans le chapitre consacré à l'exportation de votre modèle
  • Enfin, il ne faut pas oublier que votre fichier va devenir un objet physique. Les notions de porte-à-faux par exemples, sont importantes à prendre en compte. Au-delà des spécifications d'épaisseur de matériaux, des notions de résistance/épaisseurs minimales de certaines parties doivent être prises en considération selon votre modélisation. Pour cela, nous vous invitons à consulter notre page sur les matériaux.

A l'exception des fichiers d'assemblages, de pièces mobiles, ou autres fichiers comprenant plusieurs parties physiquement séparées, il est essentiel d’obtenir un fichier ne comprenant qu'un seul corps (les fichiers nécessitant plusieurs corps sont détaillés dans le paragraphe dédié aux parties mobiles et assemblages).

1.1. Modéliser un volume correct et fermé

SolidWorks propose deux types de modélisations principales : Surfaciques et volumiques. Chaque entité créée en 3D est appelée un corps. Il est possible dans SolidWorks de créer un corps par fonction, ou bien de fusionner au fur et à mesure des fonctions à un/des corps existants. Selon le type de fonction utilisé (surfacique ou volumique) pour créer le corps, celui ci sera volumique ou surfacique

Le nombre de corps de chaque type (volumique et surfacique) est visible au début du menu déroulant récapitulant les fonctions utilisées présent sur la gauche de l'interface.

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La modélisation surfacique présente des avantages de modélisation pour la création de certaines surfaces (carrosserie, courbes, formes spécifiques). Cependant, pour l’impression 3D, il est préférable de n'exporter que des fichiers contenant des pièces volumiques, et non surfaciques. En effet, les corps surfaciques n’ont virtuellement pas d'épaisseur (l’épaisseur définie est nulle), ce qui ne peut pas être traduit "physiquement". Il faut nécessairement que votre modèle 3D ait une épaisseur minimale correspondant aux limites du matériau utilisé pour pouvoir être correctement interprété par l’imprimante 3D.

Nous nous intéresserons donc aux corps volumiques dans un premier temps avant de traiter les corps surfaciques dans un second temps, ces derniers étant moins adaptés à l'impression 3D.

1.2. Modélisation volumique

En volumique, pour réaliser un fichier à corps unique (nous détaillerons les fichiers comportant plusieurs corps dans un second temps), il vous suffit de cocher à l'utilisation de chaque fonction l'option "fusionner le résultat" dans le menu déroulant de la fonction, en sélectionnant l'ensemble des corps impliqués (vous pouvez choisir selon les cas entre différentes options de sélection impliquant ou non tous les corps, et permettant une sélection automatique ou manuelle).

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Si cette option n'est pas possible au moment de l'utilisation de la fonction ou que vous préférez ne pas fusionner les corps pour le moment, il est toujours possible de fusionner un ensemble de corps volumiques avec l'outil booléen de SolidWorks. Cet outil est disponible dans le menu déroulant insertion>fonctions>combiner en utilisant l'option "ajouter" jusqu'à l'obtention d'un seul corps volumique.

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Chaque fonction de SolidWorks appliquée génère un volume valide imprimable en 3D à conditions, bien entendu, de respecter les contraintes liées au matériaux que vous souhaitez utiliser.

Vous pouvez vérifier que votre modélisation est bien fusionnée en utilisant une vue en coupe. Les intersections de corps sont mises en évidence par l’absence de couleur bleue dans la vue en coupe de SolidWorks.

Avant la fusion des corps, vous observez deux corps distinct qui s’intersectent

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Après l'utilisation de la fonction « combiner », les deux corps sont fusionnés comme le montrent les captures d’écran ci-dessous.

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Si vous n’avez pas de raisons spécifiques d’utiliser des fonctions surfaciques, nous vous conseillons vivement de travailler en corps volumiques pour l'impression 3D. La majorité des fonctions (extrusion, révolution, lissage, balayage, etc.) sont identiques et ont les mêmes caractéristiques en volumique et surfacique. Il se peut cependant que vous ayez besoin de réaliser votre modèle en surfacique. Dans la partie qui suit, vous apprendrez comment rendre un modèle surfacique imprimable.

1.3. Modélisation surfacique : générer des enveloppes correctes pour l’impression 3D

Bien que les corps surfaciques ne soient pas exploitables, il est possible d'utiliser la modélisation surfacique pour l'impression 3D, à condition de convertir l'ensemble de surfaces en corps volumiques avant l'export. Il faut donc modéliser de manière à créer des corps qui pourront être convertis en corps volumiques.

Pour cela, vous devez générer des corps fermés, aux bordures finies et communes, sans discontinuité et apporter une attention particulière à la caractéristique "watertight" du mesh.

"Watertight" est une expression anglaise, pouvant se traduire, dans notre cas, par "hermétique". Pour mieux se représenter cette idée, vous devez imaginer que l'intérieur de l'objet est rempli d'eau qui ne doit pas en sortir, quel que soit l'orientation. Le but est donc d'obtenir un corps parfaitement fermé, "hermétique["

Dans le cas où votre ensemble de surfaces constitue un volume intégralement fermé, vous devrez utiliser les fonctions "coudre", en cochant l'option "essayer de former un volume" pour convertir l’ensemble de surfaces en un corps volumique.

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Dans le cas où vos surfaces ne constituent pas un volume intégralement fermé, vous pouvez utiliser la fonction "épaissir". Cette fonction vous permettra de déterminer l'épaisseur de votre surface, afin que celle ci puisse physiquement être imprimée. Pensez alors à vous référer aux recommandations par matériau.

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Attention, la fonction « épaissir » se trouve dans le menu " base bossage " habituellement associé aux fonctions volumiques, car cette fonction transformera votre corps surfacique en corps volumique.

1.4. Evider votre modèle

Rendre un modèle creux est une tache courante dans la modélisation pour l'impression 3D. En effet, cela va permettre de limiter la quantité de matière utilisée au strict nécessaire, permettant ainsi de limiter le coût de production. Il est également indispensable pour certains matériaux (notamment la céramique ) d'avoir un objet reposant sur un principe d'épaisseur constante.

Pour rendre votre modèle creux, vous avez plusieurs options.

Avec la fonction Hollowing, Sculpteo vous propose de creuser votre modèle en toute simplicité. Il vous suffit de transférer votre fichier plein sur notre site puis de choisir la localisation des trous pour le débouchage (pour évacuer la matière présente à l’intérieur de l’objet), et l'algorithme s'occupe du reste.

Si vous souhaitez creuser votre objet de façon plus personnalisée, SolidWorks propose également une fonction remplissant ce rôle : la fonction "coque". Vous aurez alors à choisir une(ou plusieurs) face "débouchante" et spécifier l'épaisseur de paroi que vous souhaitez.

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Il peut par exemple être intéressant de travailler votre objet en évidant les zones ne nécessitant pas une résistance importante, en utilisant un motif ou en le creusant d'une façon non uniforme (effets de transparence, zone plus ou moins fragiles, etc.). Il vous suffira pour cela d'utiliser les fonctions classiques d'enlèvement de matière. Vous pourrez en trouver quelques exemples ci-dessous.

  • Enlèvement structurel
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  • Enlèvement par coque : les détails fragiles sont creux aussi
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  • Perçage réalisé par un classique enlèvement de matière extrudé : les parties fragiles restent pleines
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Si vous utilisez la fonction "évider" sans sélectionner de faces débouchantes, pensez à réaliser un trou afin de permettre à l'objet d'être vidé en fin de production. Sans trous de débouchage, un objet, même avec une épaisseur correcte, sera considéré comme un objet plein, car la poudre bloquée à l'intérieur ne pourra pas être évacuée, cependant sa solidité sera inférieure, car il sera plein de poudre "non fusionnée ". Garder un trou de débouchage est donc particulièrement important. Pour en savoir plus sur le diamètre des trous à réaliser en fonction du matériau utilisé, vous pouvez consulter notre page sur les matériaux.

1.5. Textes et motifs en relief

Il est possible d’ajouter du texte ou des motifs en relief sur votre objet en utilisant les outils de Sculpteo mais vous pouvez également le faire dans SolidWorks. Si vous souhaitez intégrer du texte sur votre modèle, vous pouvez :

  • Utiliser l’outil texte de SolidWorks
  • Ou importer un texte ou une image existant

Si vous utiliser l’outil texte de SolidWorks, il vous suffit de sélectionner une référence de "direction" du texte (droite, courbe, arête, etc.) et de taper votre texte. Ensuite, vous pouvez modifier les réglages de typographies à votre convenance (taille, typo utilisée, gras souligné italique etc.). Ce tracé est ensuite utilisable comme n'importe quelle autre esquisse, et peut donc être utilisé dans une fonction.

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Si vous souhaitez importer directement dans SolidWorks un texte, dessin, graphisme ou autre déjà vectorisé. Il vous faudra pour cela utiliser les formats .dwg ou .dxf. Pour importer un fichier vectorisé, cliquer sur " ouvrir un fichier " >"importer dans une nouvelle pièce en tant que ">" esquisse 2D ".

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La fenêtre suivante vous permettra de sélectionner les unités et d'obtenir une prévisualisation de votre fichier, tout en réglant les éventuels calques à sélectionner ou non.

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L’écran suivant vous propose de fusionner les points de l'esquisse en dessous d'un certain seuil. Cette option est particulièrement utile pour diminuer le nombre de points sur des vectorisations automatiques ou très détaillées qui pourraient causer des problèmes de performance/poids de fichier par la suite.

Il est également possible d'effectuer certains réglages vis à vis de l'esquisse (positionnement, rotation, etc.), mais il n'est pas particulièrement utile de s'en préoccuper pour le moment (à moins que vous ne commenciez votre modélisation à partir de cette esquisse).

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Lorsque vous cliquez sur terminer, votre fichier vectorisé s'ouvre dans une nouvelle pièce en tant qu'esquisse. Pour l'utiliser sur un autre document, le plus simple est de sélectionner l'ensemble de l'esquisse, puis de la copier et coller dans une nouvelle esquisse dans votre document.

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Il ne vous reste alors plus qu'à ajuster la taille et le positionnement de l'esquisse avec les outils traditionnels d'esquisse (échelle, déplacement, rotation, etc).

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Pensez à placer un point de "repère" sur votre esquisse afin de pouvoir la placer de façon précise avec l'option "déplacer de ... à ... " dans l'outil déplacement d'esquisse.

Votre tracé est alors utilisable comme n'importe quelle autre esquisse pour les différentes fonctions de SolidWorks.

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1.6. Parties mobiles et assemblages

Avec l'impression 3D, vous pouvez imprimer des parties mobiles ou des objets articulées en une seule impression, votre objet sortant de l'imprimante intégralement assemblé, fonctionnel, et avec des pièces indémontables.

Il faut cependant respecter certaines règles pour que votre objet soit fonctionnel.

Par exemple, pour un objet en plastique, vous devez laisser un jeu minimum de 0,5mm autour des différents corps pour qu’ils ne soient pas fusionnés lors de l’impression. Pour connaître les règles de modélisation en fonction des matériaux, nous vous invitons à consulter notre page sur les matériaux. Nous verrons comment mesurer des éléments et distances dans le prochain chapitre.

Pour réaliser du premier coup des éléments séparés d'une distance précise, les outils suivants seront particulièrement utiles.

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  • Cotation intelligente solidworks
  • solidworks
  • Décalage d'esquisse solidworks
  • solidworks solidworks
  • Répétition (linéaire ou circulaire) solidworks
  • solidworks solidworks solidworks

      1.7. Couleurs et textures pour une impression 3D multicolore

      SolidWorks intègre une solution de gestion de matériaux, également utilisable pour sa solution de rendu 3D intégré (photoview 360). Cependant, les informations de couleurs/matériaux ne sont pas exportables. Il est impossible d'exporter un fichier SolidWorks en incluant les textures.

      Seul un filtre avant l'export permet d’exploiter les informations de matériaux en séparant fichier le fichier en zones (chaque matériau différent sera considéré comme une zone de mesh différente). Vous devrez alors exporter votre fichier de SolidWorks à l'aide d'un logiciel permettant la gestion de couleurs/textures (comme Blender par exemple), assigner vos textures dans ce logiciel, et les exporter ensuite à nouveau.

      Ce procédé est particulièrement laborieux et comporte de nombreux risques d'échecs, aussi bien au niveau de l'export de matériaux que de l'export de volume, et relève plus du bricolage que d'une méthode efficace. Il est donc préférable, si vous souhaitez réaliser un important travail de texture sur votre modélisation, de la réaliser directement dans un logiciel gérant les textures, comme Blender par exemple.

      Par ailleurs, la gestion des UV est quasiment impossible avec SolidWorks. En effet, une fois exporté, les UV de base sont inutilisables et déplier un maillage exporté de SolidWorks est très souvent un défi qui fera perdre plus de temps qu'il n'en fera gagner.