Tutoriel d'impression 3D

Tutoriel d'impression 3D : Blender

Introduction

Ce tutoriel a été réalisé pour les utilisateurs de Blender qui s’intéressent à l’impression 3D. Il revient sur quelques informations essentielles pour réaliser un modèle imprimable grâce à ce logiciel de modélisation.

    Blender est un logiciel gratuit de modélisation 3D élaboré destiné à notamment à l’animation et au compositing en 3D. Ce logiciel est orienté modélisation polygonale. Ce tutoriel est présenté sur la version 2.7 de Blender la dernière version du logiciel est téléchargeable au lien suivant : télécharger Blender.

    Vous n’avez pas besoin d’être expert ou de connaître le logiciel dans les détails pour comprendre ce tutoriel. Cependant, il est important de maîtriser au préalable les fonctionnalités de base du logiciel car nous nous focaliserons seulement sur les bonnes pratiques de modélisation destinées à une impression 3D réussie. Nous n’aurons donc pas l’occasion d’expliquer en détails les bases de la modélisation avec Blender.

    Pour en savoir plus sur la modélisation avec Blender, nous vous invitons à vous rendre sur la page d’assistance de Blender. Vous trouverez également de nombreux tutoriels dédiés à Blender sur Youtube.

      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. Blender tutorial image En mode édition,proportionnelle activée, déplacez les Vertices pour obtenir la forme voulue. Blender tutorial image 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
      Blender tutorial image Avec des extrusions simples, modélisez les détails du visage. La pile de Modifier permet de coller à l’objet tout en gardant une épaisseur. Blender tutorial image 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. Blender tutorial image 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 ». Blender tutorial image Placez le cylindre dans un autre calque avec le raccourci M. Blender tutorial image Votre objet est prêt à être exporté pour l’impression 3D.

      Analyser et exporter

      2.1. Importation dans Blender

      Dans le cadre d’un projet, il est très courant de devoir importer des fichiers 3D venant d’un autre logiciel, pour les éditer dans Blender en vue d’une impression.

       

      Imports par défaut

      Blender permet d’importer plusieurs types de fichiers par défaut.

      Fichiers avec informations de textures et maillage :

      • .dae (Collada)
      • .obj (wavefront)
      • .fbx (Autodesk FBX)
      • .x3d/Wrl (x3D Extensible 3D )

      Fichiers avec information de maillage :

      • .stl (Stereolythography)
      • .3ds (3d studio)
      • .ply (Stanford)
      • Fichiers 2d Vectoriels
      • .svg (ScalableVector Graphics)

      Note : un fichier .svg pourra être utilisé de la même manière que démontrée dans le chapitre dédié aux courbes et aux textes.

       

      Rajouter des types d’Import avec les Addons

      Il est possible de rajouter des types de fichier à la liste d’Import classique, pour importer des fichiers type .directX, .lwo ou .dxf par exemple.

      Pour cela, rendez vous dans les préférences utilisateurs (Ctrl+Alt+U ) dans l’onglet Addons. Cliquez sur Import-Export et choisissez les Addons à activer.

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      Importer avec Blender

      Exemple avec un fichier .stl :

      • Allez dans Fichier / Importer / .stl
      • Choisissez le fichier à importer et liquez sur Import
      • Le fichier est importé dans Blender

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      Les fichiers qui proviennent d’autres logiciels que Blender ont souvent des échelles surdimensionnées. Il faudra donc redimensionner l’objet. Ici, un scale à 0.1 sera suffisant.

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      2.2. Outils de vérifications

      MeshAnalysis L’outil MeshAnalysis est utilisé pour afficher certains problèmes éventuels sur un Mesh. Cet outil fonctionne uniquement en mode Edit et montre les surfaces détectées allant du bleu (pour les faibles valeurs) au rouge (pour les fortes valeurs). Dans le cas de corrections à effectuer, il est préférable de corriger toutes les faces colorées. Le reste du Mesh est affiché en gris. On retrouve cet outil dans les propriétés de la vue 3D (Touche N). Attention aux modèles très denses en polygones : ce mode sera très lent pour afficher les résultats.
      • Overhang
      Ce mode d’affichage montre le surplomb en fonction de l’axe du sol. Ici il n’y a pas de corrections à faire, ce mode montre juste les faces qui sont parallèles au sol. Cet outil est très utile pour définir quelle partie d’un objet vas toucher le sol pour une impression 3D en céramique, où les objets imprimés doivent avoir une base évidente. Blender tutorial image
      • Intersections
      Ce mode montre les intersections de faces. Blender tutorial image
      • Epaisseur
      En fonction de l’épaisseur demandée ce mode affiche les parties trop fines de votre modèle. Blender tutorial image
      • Distortion
      Montre les faces Quads ou Ngons (faces à plus de quatre edges) qui sont trop irrégulières et peuvent poser des problèmes en cas de conversion en triangles. Blender tutorial image
      • Sharp Edges
      Similaire à Thickness mais fonctionne sur les Edges qui forment des parties trop fines. Blender tutorial imageL’Addon PrintTool Box Pour activer cet Addon, se référer à la partie précédente « activation des Addons ». Accessible dans le menu outil de la vue 3D (touche T), cet Addon est indispensable afin de compléter certains manques de l’outil Meshanalysis, vu précédemment. Il a l’avantage de sélectionner directement les zones qui posent problèmes et de posséder des outils d’analyse plus fins. Cet outil a aussi l’avantage de fonctionner en mode filaire avec les Modifiers activés. En mode édition, il suffit de rentrer les paramètres voulus et de cliquer sur Check all. L’outil va ainsi détecter les problèmes et faire un rapport général d’erreur. Exemple : pour les parties fines d’un personnage, l’Addon sélectionne directement les zones à traiter. Blender tutorial image
      • Volume : calcule le volume de son objet
      • Area : calcule la surface de son objet
      • Solid : indique si le maillage est « non manifold » (volume non fermé)et si les normales sont dans le bon sens. Il permet également de sélectionner/désélectionner automatiquement les vertex incriminés
      • Intersections : indique si des faces se croisent
      • Degenerate: met en évidence les faces qui feront une taille nulle, ce qui peut poser problème sur certains logiciels
      • Distorted : indique les faces non planes
      • Thickness : indique les endroits dont l’épaisseur est inférieure au paramètre saisi
      • Edge Sharp : montre les angles trop aigus
      • Overhang : affiche les faces dont l’angle par rapport au sol est inférieur au paramètre
      • Check All : fait une vérification sur tous les paramètres ci-dessus
      • Isolated : supprime les vertex qui n’appartiennent pas à un volume
      • Distorted : pour supprimer les faces non planes
      • Scale to Volume: modifie l’échelle de l’objet afin de lui donner un volume précis
      • Scale to Bounds: modifie l’échelle de l’objet afin de lui donner une longueur maximum
      • Export Path : Permet d’exporter l’objet sélectionné. Les 2 boutons permettent d’appliquer l’échelle à l’Export et d’ajouter les Mapping d’image pour les impressions multicolores
      L’utilisation de ces outils permet de détecter les problèmes possibles pour l’impression sur un Mesh 3D. Cependant, en respectant les règles citées dans le chapitre « Conseils de bases à respecter pour concevoir un modèle imprimable », la plupart de ces problèmes seront évités.

      2.3. Export en vue d'impression 3D

      Export pour impression monochrome Le format courant pour exporter un projet vers une impression monochrome est le format .stl (Stéréolythography). Voici comment exporter une série d’objets en .stl. Sélectionnez les objets à exporter. Puis rendez vous dans File / Export / .stl Blender tutorial image Sélectionnez le dossier d’exportation et cochez ou décochez le bouton « Apply Modifiers » en fonction des besoins. Nommez votre fichier et cliquez sur « Export STL » Blender tutorial image Export pour impression multicolore
      • Le format .obj
      Le format .obj est le plus courant des formats de partage de fichiers 3D. Il se compose du fichier .obj qui définit la géométrie de l’objet, et est accompagné d’un fichier .mtl qui définit les matériaux et textures de l’objet. Pour être accepté, le fichier doit être accompagné des textures images correspondantes au Mapping UV de l’objet. Voici comment exporter une série d’objets en .obj. Sélectionnez les objets à exporter. Puis rendez vous dans File / Export / Wavefront(.obj) Blender tutorial image Dans les options d’exports, cochez « selection only », choisisez »copy » dans path mode, afin de copier les textures dans le dossier de destination. Nommez le fichier et cliquez sur « Export OBJ ». Blender tutorial image
      • Le format .dae
      Le format Collada peut être une bonne alternative au .obj en cas de problème d’export. Ici les informations de géométries de matériaux et textures UV mappées sont inclues dans le fichier .dae. Comme pour le .obj, il faut accompagner ce fichier des textures images correspondantes pour assurer une bonne impression. La différence est qu’il n’y a pas besoin de fichier .mtl. Voici comment exporter une série d’objet en .dae. : Sélectionnez les objets à exporter. Appliquez les localisations, échelles et rotations des objets sélectionnés avec Ctrl+A. Puis rendez vous dans File / Export / Collad. Blender tutorial image Dans les options d’exportation, cochez « selection only » et sélectionnez « copy » dans Path Mode, afin de copier les textures dans le dossier de destination. Nommez le fichier et cliquez sur « Export COLLADA ». Blender tutorial image

      Corriger les éventuels problèmes de modélisation

      3.1. Vertices en doubles

      En mode édition, faites le raccourcis clavier Ctrl+V puis choisissez « remove doubles ». Cette action va supprimer les Vertices en doubles que l’on peut laisser par mégarde, lors d’une modélisation qui peut poser problème pour l’impression 3D.

      3.2. Recalculer les normales vers l'extérieur (faces inversées)

      Accessible depuis le raccourci clavier Ctrl + N en mode édition, cette action va recalculer les normales des faces sélectionnées vers l’extérieur afin que le logiciel d’impression 3D reconnaisse le volume de l’objet.

      3.3. Maillage Non manifold

      Pour sélectionner les edges de bordure non manifold, utilisez l’Addon Print Tool Box ou Select Non manifold en mode édition. Blender tutorial image Puis en cliquant sur la touche F, les parties vides se remplissent automatiquement. Attention ce mode crée des Ngons (faces à plus de quatres vertices). Blender tutorial image Il est possible d’utiliser la fonction GridFill dans les cas où la partie vide est formée par un nombre pair de vertices. Blender tutorial image

      3.4. Faces non planes

      Les faces non planes sont en général des quads (faces à quatre edges) ou Ngons (faces à plus de quatres edges) qui ont un angle interne trop important. Ces faces sont souvent considérées comme non imprimables par les logiciels d’impressions. Utilisez l’add-on « 3D printtoolbox » pour sélectionner les faces « Distorted » Puis en mode Édition, dans le header de la vue 3D, utilisez Mesh > Clean up > Split non-planar faces. Blender va générer des triangles à la place de Quads. Attention, cette action est irréversible et modifie la topologie des Quads en tris. Blender tutorial image

      3.5. Vertices et faces isolées

      Les vertex isolés et les faces isolées sont à exclure. Ce sont souvent des restes oubliés d’une modélisation commencée et non achevée. Il est nécessaire de les supprimer car ils ne constituent aucun volumes et ne sont donc pas imprimables. Pour supprimer les éléments oubliés qui n’appartiennent à aucun maillage, utilisez l’add-on 3D PrintToolBox, cliquez sur le bouton « Isolate » de la zone « Cleanup ». Blender tutorial image

      3.6. Angles Aigus

      Les angles trop aigus sont problématiques en impression 3D car ils créent des parties trop fines pour pouvoir être imprimées. En mode edit et dansans le cas d’angles trop aigus, il est possible d’utiliser l’Addon 3D PrintToolBox pour sélectionner les parties à problèmes. Puis utilisez l’outil « Smooth » dans le menu spécial (Raccourci W). Blender tutorial image

      3.7. Parties trop fines

      Dans le cas de parties trop fines, il est possible d’augmenter la taille générale de l’objet ou d’épaissir les parties qui posent problème. Pour épaissir certaines parties, plusieurs solutions manuelles sont envisageables et dépendent du projet et résultat voulu. La plupart du temps, un Scale le long des normales en mode édition proportionnelle activé permet d’arriver au résultat souhaité. Voici un exemple pour une main avec des doigts trop fins. Blender tutorial image Il est également possible de « coller » les parties fines sur une géométrie plus épaisse. Il faudra cependant entrecroiser les géométries pour éviter les surfaces superposées. Exemple pour une main collée à un personnage. Blender tutorial image

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