STIC:STIC IV (2011)/Module 2

Module 1 - CAD/CAM objets 3D

Ce module est consacré à la conception et la fabrication d'objets 3D avec une simple imprimante 3D.

Objectifs

• Se familiariser avec le nouveau phénomène de fabrication "artisanale": origine, acteurs, marchés et technologies
• Savoir télécharger, adapter un modèle
• Savoir paramétrer le code machine pour imprimer un objet
• Modéliser un simple objet 3D solide avec plusieurs types d'outils

Programme

• Introduction à la conception et la fabrication d'objets 3D: historique, visite de qqs. sites, le workflow, etc.
• Utiliser un objet: Télécharger, nettoyer et positionner avec Netfabb, paramétrer avec Axon (ou skeinforge)
• Fusionner des objets avec Netfabb et Meshlab.
• Dessiner un objet avec Sketchup, exporter/traduire en STL
• Dessiner un objet avec Sculptris
• Programmer un objet avec OpenScad
• Autre logiciels (AutoCad 123, etc.)

A installer (si possible, AVANT LE COURS)

• MeshLab - Outil manipulation de mailles (Win/Linux)
• Netfabb Studio Basic - Outil STL (Win/Mac/Linux)
• Bfb Axon - Générateur g-code (Win). Utilisateurs Linux/Mac: installer skeinforge.
• Google Sketchup (Version gratuite, la version Pro est gratuite pour les enseignants, $50 pour étudiants)
• Sculptris (Win) Attention, le lien est à la fin !
• OpenScad (Win/Mac/Linux). Voir download releases.
• Autodesk® 123D™ (Win, à option, c'est très gros, me demander un CD)
• Creo Elements/Direct Modeling Express 4.0 (Win, à option)

Introduction

Imprimantes 3D "desktop" - Petite histoire et types

Origine (1): CAD/CAM

L'impression 3D est une technologie de prototypage connue et utilisée depuis des années. Les machines industrielles sont peu abordables, mais les prix baissent (15'000 à 20'000 pour un modèle connu en 2011).

Types d'imprimantes:

• Déposition de matériel (plusieurs types)
• Fusion par laser
• Découpage, fraisage" etc. (dans ce cas on ne parle plus d´impression 3D)

Par exemple, la faculté de l'environnement naturel, architectural et construit (ENAC) de l'EPFL possède un "output center" pour fabriquer des maquettes 3D et des prototypes en 2D ou 3D avec une variété de machines.

Origine (2) recherche en intelligence artificielle et le mouvement FabLab

• Démo (Site): Rôle important de projets de recherche, notamment RepRap. Ce projet (maintenant) communautaire est issu d'une recherche sur l'auto-réplication.

• • Adrian Bowyer, Biomimetics Research Group, University of Bath
  • RepRap = Replicating Rapid-prototyper. 2006 - premier prototype

• Rappel (module 2): Le rôle de l'enseignement et notamment du cours de Prof. Neil Gershenfeld et le réseau de Fab labs

Origine (3) communautés de bricolage (DIY) et de "hackers"

• Exemple: RepRap est devenu une entreprise communautaire qui attire beaucoup de "bricoleurs techniques" et a engendré plusieurs start-ups.
• Démo (Liste de produits): 3D printing

Remarque: Il existe aussi des liens avec les environnements virtuels. Voir Tour 3D (en)

Workflow du design et la fabrication

Lire: Fabrication avec une imprimante 3D

Résumé pour les chefs:

1. Créer / trouver un dessin 3D solide et fermée ("watertight")
2. Traduire ce dessin (modèle) en un format "impression" comme STL (crée initialement pour la stéréolithographie par 3D Systems)
3. Paramétrer et traduire dans un code machine, typiquement du G-code.

En plus de détails:

Le RapMan de TECFA

• Démo (machine) en:RapMan

Survol

• 3D printing

Hardware

• RapMan
• Assembling the RapMan V3.1 3D printer
• First steps with the RapMan rV3.1 3D printer

Voir aussi en bas (tutoriels)

Chercher et imprimer

Chercher

• Démo (Site web): thingiverse (danielkschneider)
• Voir aussi: autres ressources listées dans 3D printing

Sites pour imprimer ailleurs

• Démo (Site web): Shapeways (danielkschneider)
• Voir aussi web services for 3D printing

Positionner, changer de tailler et réparer avec Netfabb

• Télécharger Netfabb Studio Basic (Win/Mac/Linux). Netfabb est un logiciel de manipulation et de positionnement pour formats STL et autres.
• Démo (Netfabb)
• Petit manuel: Netfabb Studio tutorial

Procédure:

• Redimensionner si nécessaire
• Positionner à l'origine x,y
• Ajuster la hauteur. Le plancher de l'objet doit être à Z=0 !!!

Produire le code machine

• Télécharger de http://www.bitsfrombytes.com/: Download page
• Démo (BfB Axon)
• Petit manuel: BfB Axon (à refaire pour la version 2)
• Démo (G-code). Voir G-code.

Note:

• Pour plus de contrôle, il faut utiliser Skeinforge. Voir aussi: Skeinforge for RapMan (EduTechwiki)
• Nom du fichier machine: 8 caractères max. Extension = *.bfb

exemple: nounours.bfb

Fusionner

• Installer MeshLab. Meshlab est est un logiciel libre de traitement de maillages 3D (Wikipedia).

Exemple Duplos

• Chercher une brique plate sur Thingiverse

http://www.thingiverse.com/thing:2106

• Chercher un autre objet sur Thingiverse (ou un autre site)
• Fusionner les deux.

Notice: Vous pourrez plus tard créer un objet avec Sketchup et le fusionner

Procédure côté Netfabb

• Démo (Netfabb). Positionner plusieurs objets
• Dimensionner/Positionner avec Netfabb. Les 2 objets doivent se toucher (ou plus ...)
• Depuis Netfabb, exporter chaque objet comme .STL (donc au moins 2 fois)

Menu Part -> Export Part

Procédure côté Meshlab

• Démo (Fusion avec Meshlab)
• Notice: Positionner avec Meshlab est possible mais difficile, donc ne le faites pas !
• Importer les deux (ou plusieurs) fichiers STL déjà bien positionnés

File -> Import Mesh

File -> Import Mesh

• Ouvrir l'outil layers pour bien vérifier que n'avez que 2 objets
• Menu Filters->Layer and Attribute Management->Flatten Visible Layers
• File->Export Mesh as

Modéliser avec sketchup et sculptris

Installer:

• Google Sketchup, logiciel de modélisation 3D (La version Pro est gratuite pour les enseignants, $50 pour étudiants)
• Sculptris, logiciel de sculptage 3D (Win) Attention, le lien est à la fin !

Sketchup

• Démo (Sketchup)

Tutoriels EduTechWiki pour Sketchup:

• Google Sketchup
• Google Sketchup tutorial (en)
• Sketchup 3D printable objects tutorial (en)

Attention:

• Un objet 3D imprimable doit être "watertight"
• Tout "mur" doit avoir une largeur (2mm ou plus pour être solide)

Exportation:

• Soit exporter en Collada (DAE), puis traduire en STL avec Meshlab (ne marche pas trop bien)
• Soit installer un plugin d'exportation vers STL (ne marche pas trop bien)

Sculptris

• Démo (Sculpter avec Sculptris)

Procédure:

• Utiliser Grab [G] pour le gros travail (décocher Global et Limit !)
• Ensuite explorer les autre outils ...
• Exporter en *.OBJ, puis traduire en STL avec Meshlab

Attention:

• Bouger lentement
• Réparer / smooth dès que vous avez produit une surface abîmée !

Tutos EduTechWiki pour Sculptris

• Voir aussi en anglais en:Sculptris

OpenScad

2 cubes moins 1 cylindre

• Installer OpenScad, un compilateur 3D pour créer des objets CAD.

Manuel:

• OpenSCAD User Manual

Tutoriels EduTechWiki:

• en:OpenScad beginners tutorial (3D modeling with code)
• Démo (Fabrication de Duplos) en:Doblo factory

difference () {
	union () {
	cube (size = [1,2,3], center = true );
	cube (size = [3,2,1], center = true );
	}
 #  translate (v = [0,0,-3]) {
          cylinder (h=6, r=0.7, $fs =0.05);	
     }
}

Un Duplo avec la Doblo factory:

Duplo non-standard

SCALE = 1;
// LOAD doblo factory
include <doblo-factory-1-4.scad>;
//     (col, row, up, width,length,height,nibbles_on_off) 
doblo   (0,   0,   0,   4,   2,     3,   false);
nibbles (0,   0,   3,   2,   2);

Autres logiciels

S'il reste du temps:

• Visite de services en ligne
• Autodesk 123

Exercice - module 2

Objectifs:

• Connaître la chaîne de conception / fabrications, ainsi que les formats les plus populaires
• Maîtriser la conception d'un objet 3D avec un logiciel de conception. Je vous laisserai choisir parmi plusieurs alternatives.
• Les spécificités d'objets 3D physiques et le formats STL
• Préparation d'un fichier d'impression

Tâche:

• Créer un modèle simple d'un petit objet imprimable ("petit" veut surtout dire pas plus large que 3cm X 3cm)
• En gros, vous pouvez finir un projet commencé en classe.

A rendre:

• Une page HTML (comme pour le module 1) et qui comprend
  • Une petite description des objectifs et discussion (comme pour STIC I/II)
  • Liens vers les fichiers (ci-dessous)
• Le fichier source dans le format que vous avez utilisé.
• Le fichier STL
• Bonus: Un fichier machine et un objet imprimé

Vous êtes libres d'utiliser n'importe quel logiciel de conception 3D.

URL

• http://tecfaetu.unige.ch/etu-maltt/xxx/yyy/stic-4/ex2

Critères d'évaluation

• Qualité de la page "exercice" (y compris son endroit)
• Qualité du modèle CAD
• Bonus: Bon STL et qualité du fichier machine
• Bonus: Une bonne photographie de l'objet ou des bonnes photos
• Bonus: Contributions EduTechWiki en rapport avec l'exercice (par exemple une amélioration de matériel de cours)

Option: Contribution écrite

Si vous désirez faire votre contribution pour ce module CAD/CAM, voici quelques suggestions. Je vous demande d'y consacrer au moins trois jours de travail (30% de 6 crédits)

Suggestions:

• Tutoriel pour en:Autodesk 123 !!
• Traduction (libre!) d'un ou deux articles EduTechWiki (en)
• Scénarios pédagogiques dans l'enseignement secondaire ou tertiaire
• État de l'enseignement de la CAM/CAM pour/avec les imprimantes 3D
• Tutoriel pour un autre logiciel de conception (y compris exportation en STL)
• Ajout d'un article dans la série 3D (en ou fr)
• Amélioration substantielle d'articles existants

A rendre

• Une page travail qui décrit brièvement ce que vous avez fait avec un lien ou des liens vers les pages wiki que vous avez produits ou améliorés.
• Article(s) EduTechWiki fr ou en

URL

• http://tecfaetu.unige.ch/etu-maltt/xxx/stic-4/contrib

Option: projet

Si vous désirez faire votre contribution pour ce module CAD/CAM, voici quelques suggestions. Je vous demande d'y consacrer au moins quatre jours de travail (40% de 6 crédits). Veuillez discuter le projet avec moi avant de vous lancer. Utilisez la page discussion.

• Fabrication d'un matériel pédagogique (par exemple dans le primaire, l'éducation spéciale ou un enseignement professionnel)
• Scénario pédagogique (les élèves font ...)
• Fabrication d'un vecteur publicitaire pour une institution
• Fabrication de nouvelles pièces de LEGO (routines OpenScad) pour un jeu, un jeu sérieux, la gestion de projets, etc.
• Fabrication d'un modèle utile pour l'enseignement, par exemple un artefact historique, un cerveau humain ou encore un molécule (difficile)

Endroits pour pêcher des idées

• Sites de partages comme thingiverse
• Ressources chez les vendeurs, notamment Teaching Resources de Dave White, dans le wiki de BfB.
• en:3D printers in education (suivre les liens)

URL pour soumettre le projet

• http://tecfaetu.unige.ch/etu-maltt/xxx/stic-4/proj

Ci-dessous j'ajouterai des compléments au fur et à mesure des demandes (Daniel K. Schneider 21 novembre 2011 à 15:54 (CET)).

Modèle utile pour l'enseignement

Tout d'abord, je vous conseille de lire l'argumentaire du wiki 3D Printables. Notamment: «There is ample evidence that learning is enhanced through active experiences, especially when relating to spatial and physical concepts that are difficult to visualize and understand abstractly. [...] Physical models can also aid visually impaired persons and help alleviate learning disparities associated with spatial reasoning.»

En gros, ce modèle doit servir à (mieux) illustrer un principe. A mon avis, on peut trouver des modèles de types très différents. Par exemple:

• Visualisation mathématiques, par exemple des distributions dans une expérience (comparer deux histogrammes avec une mise en valeur de la moyenne, de la médiane etc.
• Un objet historique, par exemple la face d'une maison (ne tentez pas de modéliser les 4 faces)
• Des objets de la chimie (difficiles à imprimer avec une imprimante 3D de type RepRap)
• Un objet des sciences de la vie comme Anatomie (organes, dents), plantes (par exemple une coupe en longeur d'un arbre)
• Formes (écritures calligraphiques ou chablons pour dessiner). Pensez donc aussi à la possibilité de créer des objets 2D (donc plats)

A produire:

• Le modèle 3D. Dans certains cas, il sera probablement utile de créer 2-3 modèles
• L'objet imprimé (sauf exception)
• Un rapport qui décrit les objectifs, (brièvement) la procédure et qui évalue le résultat.

Matériel de cours

Voir aussi (!):

• Les Catégories Rapman et 3D sur EdutechWiki (en)

Imprimantes 3D dans l'éducation

• en:3D printers in education

Introductions/propagande

• Fabrication avec une imprimante 3D (Résumé du workflow)
• STIC III (2010/11)
• Imprimer le réel à portée de main (OWNI, oct. 2011).
• Digital Design and Technology Programme (le programme CAD/CAM dans le système UK) et BoxFord (un des fournisseurs en hardware et software pour les écoles)

CAD/CAM et modélisation 3D

• en:Computer-aided design and manufacturing
• en:3D file format
• en:3D modeling

Logiciels de conception

• Google Sketchup
• en:Google Sketchup tutorial
• en:Sketchup 3D printable objects tutorial (3D modeling)
• en:Sculptris (3D modeling by sculpting)
• en:OpenScad beginners tutorial (3D modeling with code) et en:Doblo factory
• en:Autodesk 123 (CAD pour les masses)
• Autodesk 123D Beta 9 (tutoriel)

Logiciels de conception en ligne (visite)

• http://www.3dtin.com/
• Tinkercad Il faut WebGL (recent browsers!). See the introductory Vido (YouTube)

Logiciels de préparation

• en:Netfabb Studio tutorial (à installer)
• en:Skeinforge for RapMan (à option)
• en:BfB Axon BfB Axon (à installer, alternative simple à Skeinforge)
• Meshlab for RapMan tutorial (à installer)

Post Production

• Post processing of 3D polymer prints

Exemple de réalisation

Voici ci-dessous un exemple d'une pièce 3D réalisée lors du cours STIC-IV:

Prototype de "carte de visite 3D" avec la mention "maltt - Key to knowledge". Certaines lettres n'ont malheureusement pas été supportées lors de l'exportation.

Erreur faite lors de la réalisation 3D avec Netfabb Studio (simple étirement de la pièce). Notez la déformation du trou du légo en forme d'ellipse rendant cette pièce incompatible avec un légo standard.