Tranchage en impression 3D
Une imprimante 3D permet de fabriquer un objet tridimensionnel à partir d'un modèle tridimensionnel numérique. Le principe d'impression consiste le plus souvent à superposer des couches de matières planes pour reconstituer, par addition, le volume de l'objet. Il est donc nécessaire de fournir à l'imprimante les instructions nécessaires à la réalisation de ces couches en deux dimensions. C'est la conversion du modèle 3D en instructions pour l'imprimante que l'on appelle tranchage (ou slicer).
Première approche pour une imprimante 3D par dépôt de matière
La technologie d'impression 3D la plus répandue est celle par dépôt de matière fondue. On parle d'imprimante 3D FDM (Fused Deposition Modeling) ou FFF (Fused Filament Fabrication). Le procédé consiste à déposer par extrusion, c'est-à-dire en compressant la matière dans une filière profilée, des couches d'un matériau thermoplastique fondu (entre 180°C et 260°C selon les matériaux).
Le schéma simplifié nous donne une première idée des instructions qui vont être nécessaires à l'imprimante :
- la buse va devoir se déplacer selon des coordonnées x, y et z : elle dépose sur le plateau selon un parcours précis des couches d'une certaine épaisseur à une vitesse donnée ;
- le filament se déplace et sa vitesse de déplacement dépend de la vitesse de rotation du moteur de l'alimenteur ;
- le matériau du filament a une température de fusion précise.
Par ailleurs, l'objet à imprimer possède ses propres exigences notamment en ce qui concerne sa solidité ce qui va nécessiter des instructions en terme de remplissage et d'épaisseur de surface.
C'est par l'intermédiaire de logiciels de tranchage que vont pouvoir être ajustés ces différents paramètres.
Les logiciels de tranchage
Du fichier STL au fichier tranché
Pour pouvoir imprimer un objet, vous devez disposer d'un fichier 3D. Il peut être créé à partir d'un logiciel de modélisation 3D (comme Meshlab pour impression 3D) ou récupéré via des sites spécialisés ou des scans 3D. Quelle que soit la méthode choisie, ce fichier doit être exporté dans un format particulier. Le plus standard est le format STL qui décrit la surface externe de l'objet en la définissant par une série de triangles aux propriétés spécifiques. Il existe d'autres formats comme l'OBJ ou le 3MF.
Le fichier STL doit être préparé pour l'impression car l'imprimante 3D ne peut rien faire de la description des facettes qu'il contient. Elle ne peut réaliser que des couches et a besoin de coordonnées précises. Le logiciel de tranchage permet de convertir le modèle 3D en une série de fines couches et génère ainsi un fichier tranché en format G-code à partir du fichier STL.
Principaux paramètres
Le trancheur permet de calculer les couches qui seront imprimées ce qui revient à découper l'objet en intervalles de hauteur réguliers. De nombreux paramètres peuvent être ajustés afin d'adapter l'impression à l'imprimante 3D et à la qualité souhaitée de l'objet. Nous en évoquons ci-après les principaux.
Qualité
Plus la hauteur des couches est fine, plus leur nombre est grand et meilleure est l'approximation du modèle 3D.
Périmètres et remplissage
Le trancheur distingue deux composants dans une couche : les périmètres et le remplissage.
Le périmètre représente le chemin parcouru par la tête d'impression pour fabriquer le contour externe de l'objet. On peut spécifier le nombre de périmètres qui doivent être construits pour ajuster l'épaisseur de la coque externe de l'objet. Le trancheur doit également connaître l'épaisseur des parois du dessous et du dessus de l'objet.
Le remplissage est paramétré par :
- le taux de remplissage : la valeur est exprimée en pourcentage et varie entre 0% (objet creux) et 100% (objet entièrement rempli de plastique). Généralement l'objet est partiellement rempli et le remplissage peut suivre différents motifs.
- le motif de remplissage : le remplissage peut prendre de nombreuses formes : grille, lignes, structure en nid d'abeille, etc. Le choix du motif aura une influence sur la solidité de l'objet.
Diamètre de la buse d'extrusion
Le diamètre de la buse d'extrusion permet de définir la largeur minimale des lignes de plastique qui seront déposées et intervient dans le calcul des chemins parcourus par la tête d'impression. (donner exemple imprimantes)
Températures
Les imprimantes 3D déposent du plastique fondu. Afin de définir la température optimale d'impression, il est important de préciser la température d'extrusion (qui est à peu près égale à la température de fusion du matériau utilisé) ainsi que la température du lit d'impression. (exemples).
| Matériau | Description | Température d'extrusion (en °C) | Température du lit d'impression (en °C) |
|---|---|---|---|
| PLA | Polylactic Acid : matière plastique d'origine végétale utilisant l'amidon de maïs comme matière première. Une des matières standard pour l'impression 3D grand public | 190-230 | 20-60 |
| ABS | Acrylonitrile Butadiène Styrène : polymère thermoplastique à base de pétrole dont les propriétés sont analogues aux briques Lego | 230-250 | 80 |
| Nylon | Matière plastique de type polyamide. | 240-260 | 60 |
| Texte de la cellule | Texte de la cellule | Texte de la cellule | Texte de la cellule |
Vitesse d'impression
La valeur de la vitesse d'impression (mesurée en mm/s) dépend des propriétés du plastique choisi ainsi que de la qualité d'impression souhaitée. Généralement, imprimer lentement améliore la qualité de l'objet.
Les paramètres de tranchage doivent être réglés en fonction de l'imprimante utilisée. Les principaux paramètres concernent :
- le matériau :
- diamètre du filament ;
- température de fusion du matériau utilisé ;
- température du plateau selon le matériau utilisé.
- l'imprimante :
- géométrie de l'imprimante ;
- diamètre de la buse.
Différents types de logiciels
Il existe deux principaux types de logiciels de tranchage :
- les logiciels de tranchage intégrés qui convertissent directement un fichier STL en code machine utilisable par l'imprimante ;
- les logiciels de tranchage qui disposent d'une interface permettant à l'utilisateur d'effectuer des réglages et d'ajuster différents paramètres d'impression.