Les différentes sources de pièces 3D pour l'impression 3D.

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Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 1/15 1. Intro

L'objectif ici est : • de comprendre les étapes fondamentales pour l'impression d'un objet 3D, • de savoir quel type de fichier est nécessaire pour imprimer une pièce en 3D, • de connaître les différentes sources de pièces 3D imprimables

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 2/15 2. Les étapes fondamentales de la chaîne logicielle d'impression 3D opensource Les étapes fondamentales de l'impression 3D d'un objet sont les suivantes :

• on part d'un fichier au format dit *.STL qui contient la description surfacique 3D d'un objet. Le fichier *.STL est une description de l'objet non-spécifique de l'imprimante utilisée. C'est ce type de fichier qui sera partagé en ligne si on souhaite mettre une pièce à disposition de d'autres utilisateurs.

• le fichier *.STL va ensuite être converti en un fichier de *.gcode qui va contenir l'ensemble des instructions permettant les mouvements voulus de l'imprimante 3D pour imprimer la pièce. Le fichier *.gcode est spécifique : ◦ des paramètres d'impression choisis (épaisseur de couche, taux de remplissage, vitesse d'impression, etc...) ◦ et des caractéristiques de l'imprimantes utilisée.

• Les instructions du fichier *.gcode seront ensuite envoyées à l'imprimante qui va exécuter les mouvements voulus grâce à son « micro-logiciel » qui est un décodeur de G-Code.

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 3/15 3. L'indispensable pour imprimer en 3D : un fichier au format STL (maillage de la surface 3D)

http://www.3daddfab.com/blog/index.php?/permalink/What-is-an-STL-file-and-is-it-obsolete.html Le format STL Un fichier *.STL est un fichier de description de la surface d'un objet sous forme de triangles. Ce format est utilisé en stéréolythographie industrielle (technique de prototypage rapide) depuis plus de 25 ans. Retenez que ce format est classé dans la catégorie des formats « mesh » (=maillage)

source : http://instatuts.com/featured/a-rapid-prototyping-and-stl-informative-guide/ | http://www.3daddfab.com/blog/index.php?/permalink/What-is-an-STL-file-and-is-it-obsolete.html | http://en.wikipedia.org/wiki/STL_%28file_format%29 Principe général Le principe du format STL, comme son nom l'indique, est d'utiliser la « tessellation » ou pavage ou maillage (=mesh) . Cette technique géométrique consiste à découper une surface 3D en un ensemble de triangles juxtapposés. Noter que ce sujet mathématique est un sujet passionnant en soi... Deux conséquences essentielles : le fichier STL ne contient aucune information sur la façon dont on a obtenu la surface (la procédure de conception / numérisation 3D) le fichier STL est « générique » et ne dépend pas d'une imprimante donnée : c'est le fichier que l'on va pouvoir diffuser.

Limites du format STL Le format STL présente l'inconvénient d'être très peu optimisé pour décrire des surfaces en très haute résolution : d'autres formats sont à l'étude. Mais ceci ne concernera pas immédiatement l'utilisateur d'imprimantes 3D opensource actuelles.

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 4/15 4. Structure interne d'un fichier STL Un fichier STL est un fichier texte qui peut donc être édité dans n'importe quel éditeur de texte classique. Structure générale Le fichier commence par une ligne de la forme : solid name et se termine par la ligne endsolid name Au sein de ce fichier, un nombre variable de blocs décrivent les triangles. Tous les triangles sont décrits sous la forme : facet normal ni nj nk outer loop vertex v1x v1y v1z vertex v2x v2y v2z vertex v3x v3y v3z endloop endfacet

Exemple Par exemple, voici le début d'un « vrai » fichier STL (appelé At Earing) de pièce 3D ouvert à partir d'un simple éditeur de texte :

En pratique, vous n'aurez pas à intervenir directement sur le fichier STL, mais retenez qu'il s'agit d'un simple fichier texte.

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 5/15 5. Les outils logiciels pour visualiser / corriger un fichier STL Bien que cela ne soit pas indispensable en pratique courante, sachez qu'il existe des outils pour manipuler les fichiers *.STL directement. Le scénario évoqué ici est le suivant : on dispose d'un fichier STL que l'on souhaite visualiser/vérifier voire même corriger. Les visualisateurs STL online Une première solution est le visualisateur intégré du site thingiverse (http://www.thingiverse.com/) . Plusieurs solutions existent, mais l'une d'entre-elles mérite particulièrement d'être citée : GitHub ! Ce site est à la base un site de gestion de versions de fichiers texte de code... mais qui intègre depuis quelques mois la visualisation 3D native des fichiers STL. On fait d'une pierre de coup : versionning du fichier et visualisation facilitée ! Ici, un exemple : https://github.com/josefprusa/Prusa3/blob/master/box_frame/sample_stls/single_plate_gt2_lm8uu/x-end.stl Visualiser un STL dans un logiciel de 3D Sinon, la plupart des logiciels 3D supportent l'ouverture d'un fichier STL, notamment freecad :http://www.freecadweb.org/index-fr.html Visualiser un STL dans le logiciel de Slic3R Le logiciel slic3R que nous allons détailler ci-après dispose d'un visualisateur 3D intégré du fichier STL utilisé.

De gauche à droite : Visualisateurs STL : Thingiverse, Github, Freecad, Meshlab Pour info : autres outils de gestion de STL D'autres outils existent pour la gestion des fichiers STL, on peut notamment citer : • http://meshlab.sourceforge.net/ : un outil avancé de visualisation des fichiers de type Mesh (maillage) et donc STL • Noter que le logiciel freecad intègre un outil de correction de STL : http://www.freecadweb.org/index-fr.html • Divers outils non-opensource existent en ligne pour corriger des STL • On peut également citer le logiciel d'animation open-source Blender qui permet de manipuler et transformer des fichiers STL : http://www.blender.org/ • Un utilitaire intéressant aussi qui permet de transformer un STL en fichier openscad : www.thingiverse.com/thing:64709/

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 6/15 6. Vue d'ensemble des sources de fichiers STL pour impression de pièces 3D

En pratique, on pourra obtenir un fichier STL de la pièce 3D à imprimer : • soit à partir d' un fichier existant (dépôt en ligne de fichiers de pièces 3D) • soit en générant ce fichier à partir d'un logiciel de conception/modélisation 3D (CAO) • soit à partir d'une source de numérisation 3D

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 7/15 7. Depôt de pièces 3D en ligne : dépôt en ligne de pièces « prêtes à l'emploi » Une des grandes forces de l'impression 3D opensource est de permettre la circulation de l'information nécessaire pour réaliser une pièce mécanique plutôt que de faire circuler les pièces elles-mêmes. Il s'agit là d'un renversement à la fois social, écologique, économique, etc... dont la portée peut potentiellement devenir un « changement de paradigme » sociétal à moyen terme. Mais c'est un autre sujet... Concrètement, il existe déjà des dépôts en ligne offrant des milliers de fichiers *.STL « prêt à l'emploi » et surtout libres d'usage. Le dépôt le plus en vogue est notamment Thingiverse : http://www.thingiverse.com/ Pour faire simple, il n'y a qu'à « faire son marché » : des bijoux, aux pièces de robotique en passant par le modélisme ou des pièces de bricolage, c'est une vraie caverne d'ali-baba.... où il est vite possible de se noyer si l'on n'a pas défini son besoin au préalable d'ailleurs !

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 8/15 8. Dépôt de pièces en ligne : autres A côté du dépôt Thingiverse qui contient plusieurs millions de fichiers de pièces 3D en ligne, il existe d'autres dépôts plus ou moins ouverts, plus ou moins spécialisés. On peut citer notamment ; Moteur de recherche spécialisé « printable object » Yeggi

Projet rassemblant des œuvres d'arts 3D en ligne : projet « Scan The World » by minifactory.com

https://www.myminifactory.com/category/scan-the-world

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 9/15 9. Scénarios de conception de pièces 3D « from scratch » Pour concevoir une pièce 3D à partir d'un logiciel de conception 3D, on a grosso modo les possibilités suivantes ◦ soit un logiciel de conception 3D graphique (5) ◦ soit un logiciel de conception 3D par codage (6) ◦ soit un partir d'un logiciel de dessin vectoriel (7) couplé à un logiciel de conception 3D graphique ou par codage Ces différents outils vont ensuite pouvoir se combiner entre-eux permettant de créer des stratégies de conception simples : créer du texte en 2D avant de l'extruder en 3D, créer un profil d'engrenage 2D avant d'en réaliser une roue dentée, créer des pièces paramétriques, etc... Tous ces logiciels vont évidemment permettre de générer un fichier *.STL de la pièce qui pourra ensuite être converti en *.gcode puis être imprimé !

Nous présentons ici des solutions opensource existantes, mais il est évidemment possible d'utiliser n'importe quel logiciel de conception 3D pour obtenir un fichier *.STL car il s'agit d'un format de fichier de type industriel très répandu.

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 10/15 10. Scénarios de numérisation de pièces 3D

La numérisation de pièces 3D peut s'obtenir par : • scanner optique « à main » ou de bureau • photogrammétrie (photographie multivues) • tomographie (rayon X)

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 11/15 11. Numérisation 3D : Du nuage de point au maillage 3D Pour comprendre Quelque soit la technique de numérisation utilisée, celle-ci fournit un nuage de points tridimensionnel. Pour pouvoir imprimer l'objet ainsi numérisé, voire pour le retravailler en CAO, il est nécessaire d'obtenir le maillage de la surface 3D de l'objet. On appelle cette étape le « model fitting ».

source : http://vision.princeton.edu/courses/SFMedu/ Eléments fondamentaux Une telle reconstruction peut être obtenue à partir de différentes stratégies (d'après Prof. Jianxiong Xiao – Princeton Vision Group) : • stratégies de reconstruction de surface : ◦ Marching cubes (1987), ◦ Poisson (2006) • stratégie de correspondance de forme : ◦ Ransac et J-linkage, ◦ InverseCSG, ◦ GlobFit, ◦ Face Model Fitting

En pratique courante, c'est la reconstruction de surface Poisson qui est la plus couramment utilisée.

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 12/15 12. Numérisation 3D : Les outils de traitement du nuage de points 3D pour générer le maillage 3D Des logiciels spécialisés propriétaires et même opensource existent pour gérer cette étape. Meshlab (opensource) Citons notamment le logiciel Meshlab, (Département de Sciences Informatiques de l'université de Pise), logiciel spécialisé dans le traitement de fichier de maillages et qui est capable d'ouvrir un nuage de points (format *.ply) et de le traiter par reconstruction de surface Poisson (obtention d'un *.STL). Ce logiciel permet également de réparer un maillage, etc.

CloudCompare (opensource) CloudCompare est un autre logiciel opensource (Telecom Paris – R&D EDF) capable de reconstruire une surface 3D à partir d'un nuage de points. Ce logiciel intègre plusieurs algorithmes différents, notamment Poisson, Ransac, … (voir : http://cloudcompare.org/presentation.html )

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 13/15 13. Conclusion : notion de « boîte à outils » logicielle.

Une notion essentielle en impression 3D : ce n'est pas un seul logiciel que l'on utilise, mais un ou plusieurs outils logiciels adaptés pour chaque étape du processus. C'est la notion de « Boîte à outils » logicielle.

Un double enjeu se dessine : • savoir imprimer en 3D, c'est être en mesure d'utiliser, au moins dans leur usage de base, toute une palette logicielle • savoir reconnaître son seuil de compétence et savoir transférer les tâches spécialisées

14. A présent, vous devriez être capable :

• De présenter les différentes source de maillage 3D • De présenter les différentes façon de concevoir/modéliser un objet 3D et d'obtenir son maillage 3D • De présenter les différentes sources de numérisation 3D

Atelier Ateliers impression 3D open-source : Les sources de fichiers de pièces 3D p. 14/15 Table des matières Les différentes sources de pièces 3D pour l'impression 3D. Intro | Les étapes fondamentales de la chaîne logicielle d'impression 3D opensource | L'indispensable pour imprimer en 3D : un fichier au format STL (maillage de la surface 3D) | Structure interne d'un fichier STL | Les outils logiciels pour visualiser / corriger un fichier STL | Vue d'ensemble des sources de fichiers STL pour impression de pièces 3D | Depôt de pièces 3D en ligne : dépôt en ligne de pièces « prêtes à l'emploi » | Dépôt de pièces en ligne : autres | Scénarios de conception de pièces 3D « from scratch » | Scénarios de numérisation de pièces 3D | Numérisation 3D : Du nuage de point au maillage 3D | Numérisation 3D : Les outils de traitement du nuage de points 3D pour générer le maillage 3D | Conclusion : notion de « boîte à outils » logicielle. | A présent, vous devriez être capable : |

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