L'impression 3D offre des possibilités infinies, y compris la création d'objets pratiques comme une boîte de munition. Ce tutoriel vous guidera à travers les étapes nécessaires, des bases des fichiers STL aux matériaux appropriés et aux conseils d'optimisation pour une impression réussie.
Un fichier STL stocke des informations sur les modèles 3D. Ces fichiers sont généralement générés par un programme de conception assistée par ordinateur (CAO), en tant que produit final du processus de modélisation 3D. Le format de fichier STL est le format de fichier le plus utilisé pour l’impression 3D. Depuis ses modestes débuts, le format de fichier STL a été adopté et pris en charge par de nombreux autres progiciels de CAO. Il est aujourd’hui largement utilisé pour le prototypage rapide, l’impression 3D et la fabrication assistée par ordinateur.
L’objectif principal du format de fichier STL est d’encoder la géométrie de surface d’un objet 3D. La tessellation est le processus de mosaïque d’une surface avec une ou plusieurs formes géométriques telles qu’il n’y ait pas de chevauchement ni de vide. La tessellation peut impliquer des formes géométriques simples ou des formes très complexes (et imaginatives).
En 1987, Chuck Hull venait d’inventer la première imprimante 3D stéréolithographique, et l’Albert Consulting Group pour 3D Systems tentait de trouver un moyen de transférer des informations sur les modèles de CAO 3D vers l’imprimante 3D.
Par exemple, si vous avez un simple cube 3D, celui-ci peut être recouvert de 12 triangles, comme indiqué dans l’image ci-dessous. Comme vous pouvez le constater, il y a deux triangles par face. Albert Consulting Group pour 3D Systems s’est rendu compte que s’il pouvait stocker les informations sur ces minuscules triangles dans un fichier, ce fichier pourrait alors décrire complètement la surface d’un modèle 3D arbitraire.
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Le format de fichier STL fournit deux manières différentes de stocker des informations sur les facettes triangulaires qui recouvrent la surface de l’objet en mosaïque. Celles-ci s’appellent le codage ASCII et le codage binaire.
où est le nom du modèle 3D. Le fichier continue avec des informations sur les triangles de couverture. Ici, n est la normale au triangle et v1, v2 et v3 sont les sommets du triangle.
Si le pavage comprend de nombreux petits triangles, le fichier STL ASCII peut devenir énorme.
Le fichier STL binaire commence par un en-tête de 80 caractères. Ceci est généralement ignoré par la plupart des lecteurs de fichiers STL, à quelques exceptions notables dont nous parlerons plus tard. Les informations sur les triangles suivent par la suite. Chaque triangle est représenté par douze nombres à virgule flottante de 32 bits. Comme pour le fichier ASCII STL, 3 chiffres correspondent aux coordonnées cartésiennes 3D de la normale au triangle. Les 9 chiffres restants correspondent aux coordonnées des sommets (trois chacun). Notez qu’après chaque triangle, il y a une séquence de 2 octets appelée le «nombre d’octets d’attribut». Dans la plupart des cas, il est mis à zéro et constitue un espaceur entre deux triangles. Mais certains logiciels utilisent également ces 2 octets pour coder des informations supplémentaires sur le triangle.
Voici un exemple de tessellation valide et invalide, selon cette règle. Premièrement, la direction de la normale doit être dirigée vers l’extérieur. Cette redondance existe pour une raison. Cela contribue à assurer la cohérence des données et à détecter les données corrompues. Un logiciel peut, par exemple, calculer l’orientation à partir de la normale et ensuite des sommets et vérifier si elles correspondent.
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La raison d’être de cette règle est de gagner de la place. Si l’objet 3D était autorisé à vivre n’importe où dans l’espace de coordonnées, nous aurions à traiter avec des coordonnées négatives. Pour stocker les coordonnées négatives, il faut utiliser des nombres à virgule flottante signés. Les nombres en virgule flottante signés nécessitent un bit supplémentaire pour stocker le signe (/ -). Cela aide Slicers à découper les modèles 3D plus rapidement.
Pour l’impression 3D, le fichier STL doit être ouvert dans un segment dédié. Qu’est-ce qu’un slicer? Toutes ces informations sont ensuite regroupées dans un fichier GCode, le langage natif de votre imprimante 3D. Les paramètres de découpage ont une incidence sur la qualité de votre impression. Une fois le GCode chargé sur votre imprimante 3D, l’étape suivante consiste à réassembler ces calques bidimensionnels distincts en tant qu’objet tridimensionnel sur votre surface d’impression.
Malheureusement non. Seule une conception 3D spécialement conçue pour l’impression 3D peut être imprimée en 3D. Les modèles 3D adaptés à l’impression 3D doivent avoir une épaisseur de paroi minimale et une géométrie de surface «étanche» pour pouvoir être imprimés en 3D. Il y a aussi la prise en compte d’éléments en porte-à-faux sur le modèle. Lorsque vous téléchargez un fichier STL que vous n’avez pas créé vous-même, prenez le temps de vérifier qu’il est bien imprimable en 3D.
Le format de fichier STL se rapproche de la surface d’un modèle de CAO avec des triangles. L’imprimante 3D imprimera l’objet avec la même grosseur que celle spécifiée par le fichier STL. Bien sûr, en rendant les triangles de plus en plus petits, l’approximation peut être améliorée, ce qui permet d’obtenir des impressions de bonne qualité. Toutefois, à mesure que vous réduisez la taille du triangle, le nombre de triangles nécessaires pour couvrir la surface augmente également. Cela conduit à un fichier STL gigantesque que les imprimantes 3D ne peuvent pas gérer. Il est donc très important de trouver le juste équilibre entre la taille du fichier et la qualité d’impression.
La plupart des logiciels de CAO offrent quelques paramètres lors de l’exportation de fichiers STL. Ces paramètres contrôlent la taille des facettes, et donc la qualité d’impression et la taille du fichier. La plupart des logiciels de CAO vous laisseront choisir un paramètre appelé hauteur d’accord ou tolérance. Si vous choisissez la bonne tolérance, vos impressions seront lisses et non pixelisées. Il est recommandé de régler la tolérance entre 0,01 millimètre et 0,001 millimètre. Cela donne généralement des impressions de bonne qualité. La tolérance angulaire limite l’angle entre les normales des triangles adjacents. L’angle par défaut est généralement défini à 15 degrés. Enfin, vous avez le choix d’exporter le fichier STL au format binaire ou ASCII. Le format binaire est toujours recommandé pour l’impression 3D car il en résulte une taille de fichier inférieure.
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Le format de fichier STL n’est pas le seul format utilisé en impression 3D. Il existe plus de 30 formats de fichiers pour l’impression 3D. Le plus important est le format de fichier OBJ, qui permet de stocker des profils de couleur et de texture. Plus récemment, le consortium 3MF a tenté de lancer un nouveau type de fichier, qui propose un nouveau format de fichier d’impression 3D appelé 3MF. Pour l’implémenter, Microsoft a associé des sociétés telles qu’Autodesk, HP et Shapeways afin de concrétiser leur vision.
Comme il existe de nombreux formats de fichier d’impression 3D, la question évidente est: lequel choisir pour vos impressions? Comme nous l’avons vu précédemment, le format de fichier STL ne peut pas stocker d’informations supplémentaires telles que la couleur, le matériau, etc. des facettes ou des triangles. Il ne stocke que des informations sur les sommets et le vecteur normal. Cela signifie que si vous souhaitez utiliser plusieurs couleurs ou plusieurs matériaux pour vos impressions, le format de fichier STL n’est pas le bon choix. Le format OBJ est un format populaire bénéficiant d’un bon support, qui permet de spécifier la couleur, le matériau, etc.
Un autre gros avantage du format de fichier STL est qu’il est universel et pris en charge par presque toutes les imprimantes 3D. On ne peut pas en dire autant du format OBJ, même s’il bénéficie d’une adoption et d’un soutien raisonnables. La plupart des modèles imprimables en 3D que vous pouvez trouver sur Internet sont au format de fichier STL. L’existence de cet écosystème, combinée aux investissements logiciels basés sur STL réalisés par les fabricants d’imprimantes 3D, a donné naissance à une base d’utilisateurs importante qui est fortement investie dans le format. L’utilisation de STL présente également des inconvénients criants. Étant donné que la fidélité des processus d’impression correspond à une résolution au niveau du micron, le nombre de triangles requis pour décrire les surfaces courbes nues peut donner lieu à des tailles de fichier énormes.
Dans la dernière section, nous avons dit que le format de fichier STL ne pouvait pas gérer les modèles multicolores. La raison pour laquelle le format de fichier STL manque d’informations sur les couleurs est simple. Lorsque le prototypage rapide a évolué dans les années 1980, personne n’avait pensé à l’impression couleur. De nos jours, les matériaux et les procédés d’impression 3D ont évolué rapidement. Cependant, il n’est pas tout à fait juste de dire que STL ne peut pas gérer les couleurs. Le logiciel Materialize Magics, quant à lui, utilise l’en-tête de 80 octets au format binaire pour représenter la couleur générale de l’objet 3D. La couleur est spécifiée en incluant la chaîne ASCII «COLOR =» suivie de quatre octets représentant les canaux rouge, vert, bleu et alpha (transparence) dans la plage 0-255.
Heureusement, l’ouverture d’un fichier STL n’est pas trop compliquée. Il existe à cet effet plusieurs visualiseurs de fichiers STL gratuits que vous pouvez utiliser en ligne ou en tant qu’application de bureau. Oui, il est tout à fait possible de modifier un fichier STL et de le convertir en un autre format de fichier. Le format étant ouvert, rien ne vous empêche de modifier le contenu d’un fichier. En fait, le processus d’édition est assez facile.
Rappelez-vous la section où nous avons discuté des règles que les fichiers STL doivent respecter? Par exemple, les triangles adjacents doivent partager deux sommets et la règle de la main droite appliquée sur les sommets doit avoir la même orientation que le vecteur normal. Plusieurs programmes peuvent vous aider à réparer un fichier STL cassé. Par exemple, Netfabb Basic est un excellent outil pour réparer les problèmes de fichiers STL les plus courants.
Le choix du matériau est crucial pour la durabilité et la fonctionnalité de votre boîte de munition imprimée en 3D. Voici quelques options courantes :
Pour une boîte de munition, le PETG ou l'ABS sont généralement préférables en raison de leur durabilité accrue.
Si vous utilisez des boîtes de munitions pour stocker des batteries LiPo (Lithium Polymère) pour des drones FPV ou autres applications, il est crucial de prendre des précautions de sécurité :
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