Modéliser pour l'impression 3D avec FreeCAD

En résumé

  • 1.1. L’atelier Part
  • 1.2. L’atelier Part design
  • 1.3. Évider votre modèle
  • 1.4. Texte et motifs en relief
  • 1.5. Parties mobiles et assemblage
  • 2.1. Mesurer des éléments et distances
  • 2.2. Choix du format et export
  • 3.1. Fichier trop lourd
  • 3.2. Outil lissage d’un maillage
  • 3.3. Orientation du maillage
  • 3.4. Nettoyage automatique
  • 3.5. Outil d’opérations booléennes
  • 3.6. Fichier multi-corps

Modeler pour l’impression 3D implique de respecter un certain nombre de bonnes pratiques. En effet, au-delà des limites propres aux matériaux utilisés, il est nécessaire de prendre en compte le fait que le fichier créé ne sera pas seulement une représentation virtuelle, mais un support permettant aux imprimantes 3D de créer un objet physique. Dans cette partie, vous apprendrez les notions clés à avoir pour modéliser avec FreeCAD pour l’impression 3D.

FreeCAD ne génère que des corps

Il est cependant important de respecter les règles suivantes :

  • Les différents éléments de votre modélisation ne doivent pas s’intersecter  
  • Tous les éléments que vous modélisez doivent avoir une épaisseur mais, à moins que vous ne le rajoutiez (certains plug in existent) FreeCAD ne possédant pas de module surfacique, ce point ne devrait pas vous poser problème 
  • Votre objet doit avoir un «  intérieur » et un «  extérieur » explicite. Nous verrons que FreeCAD gère ce principe très facilement de manière automatique  
  • Votre fichier doit, de façon optimale, faire moins de 50Mo après l’export. Cette limite est généralement amplement suffisante pour générer un fichier valide pour une impression sans perdre de détails ou informations. Nous détaillerons les possibilités d’export et la gestion du poids de fichier dans le chapitre consacré à l’exportation de votre modèle  
  • Enfin, il ne faut pas oublier que votre fichier va devenir un objet physique. Les notions de porte-à-faux par exemples, sont importantes à prendre en compte. Au-delà des spécifications d’épaisseur de matériaux, des notions de résistance/épaisseursminimales de certaines parties doivent être prises en considération selon votre modélisation. Pour cela, nous vous invitons à consulter notre page sur les matériaux 

Il est possible d’exporter plusieurs corps en un fichier .STL unique et valide. En revanche, il est important de créer autant de corps/sets que vous aurez de matériaux différents à appliquer sur votre modèle.

Les aficionados du logiciel Catia ne sont jamais perdu sur FreeCAD, puisque la logique est la même :

L’ensemble des outils sont regroupés en ateliers permettant différentes opérations.

1-Ateliers Freecad.png 

 Le détail de ces différents ateliers est disponible sur le site de FreeCAD mais nous nous intéresserons ici aux deux ateliers principaux de modélisation que sont :

  • l’atelier Part qui permet la manipulation booléenne (fusion, soustraction) de formes géométriques de base (cubes, cônes, sphères, etc.)  
  • l’atelier Part design qui permet de produire des formes 3D à partir d’une esquisse en 2D.  

La modélisation volumique est utilisée pour des géométries simples, et fait appel à des opérations dites « positives » (extrusion, révolution, nervure…) et des opérations dites  « négatives » (poche, trou, rainure…). Il est judicieux de créer des corps pour chaque opération, afin de pouvoir facilement les retravailler les unes par rapport aux autres grâce à des opérations booléennes. Ces opérations booléennes peuvent être effectuées à n’importe quel moment de votre modélisation, bien qu’il soit courant de les effectuer progressivement.

Elles sont applicables entre tous les corps de pièces que vous aurez créés, et sont accessibles via l’onglet insertion > opérations booléennes ou tout simplement par clic droit sur le corps en question dans l’arborescence. Pour l’impression 3D, l’opération booléenne « ajouter » appliquée successivement aux différents corps vous permettra d’obtenir un seul et unique corps prêt pour l’impression.

Pour ça il vous suffit de sélectionner les deux corps,

fusion.png

Et de leur appliquer une des opérations booléennes.

3-boolean.png 

En utilisant par exemple la fonction fusion, les deux objets bien distincts :  

3-deux objets distincts.png 

Deviennent un corps unique qui est la fusion des deux :

4-fusion des deux.png

FreeCAD est toujours en développement et certaines fonctionnalités sont encore imparfaites et il arrive que le noyau Opencascade sur lequel tourne FreeCAD ait du mal à gérer certaines opérations booléennes.

Par exemple, prenons un cube et une matrice de répétition polaire (circulaire si vous préférez) :

5-Repetition polaire.png

La soustraction des deux donne un étrange résultat qui n’est pas exportable en .STL :

6-soustraction des deux.png

La solution à ce problème, et c’est presque toujours possible est d’utiliser d’autres objets (par exemple ici utiliser des cubes à la place de la matrice).

Une autre logique de conception consiste à dessiner une esquisse en 2D et à en faire un volume ensuite. C’est le fonctionnement de l’atelier Part design.

On commence par créer une esquisse et sélectionner le plan dans lequel on souhaite dessiner :

7-esquisse.png 

Les outils utiles sont alors des outils de dessin en 2D :

9-sketch tools.png 

FreeCAD fonctionne avec un système de contraintes, à savoir que chaque point doit avoir une position unique clairement définie dans le plan.

Chaque point du dessin peut se déplacer en X et en Y, on dit donc qu’un point a 2 degrés de liberté. Une esquisse comportant 3 points comporte donc 6 degrés de liberté, etc.

esquisse 1.png

Pour qu’une esquisse soit utilisable sans erreur dans le passage au 3D, il faut que chaque point possède une position précise. Une fois le dessin terminé, il s’agit de « contraindre » chaque point, les outils à utiliser vont donc être les outils de contrainte :

31-contraintes.png

Une fois que chaque point est contraint, l’esquisse devient verte et elle est alors utilisable pour le passage en 3D.

11-esquisse sous contrainte.png

On utilise alors les outils de passage à la 3D pour obtenir un volume.

13-3Dtools.png 

Il est bien sûr impossible d’imprimer directement une esquisse, cette étape est donc indispensable.

13-indispensable.png

On obtient un objet en volume directement exportable en .STL.

Rendre un modèle creux est une tache courante dans la modélisation pour l’impression 3D. En effet, cela va permettre de limiter la quantité de matière utilisée au strict nécessaire, permettant ainsi de limiter le coût de production. Il est également indispensable pour certains matériaux (notamment la céramique) d’avoir un objet reposant sur un principe d’épaisseur constante.

Pour rendre votre modèle creux, vous avez plusieurs options.

Avec la fonction Hollowing, Sculpteo vous propose de creuser votre modèle en toute simplicité. Il vous suffit de transférer votre fichier plein sur notre site puis de choisir la localisation des trous pour le débouchage (pour évacuer la matière présente à l’intérieur de l’objet), et l’algorithme s’occupe du reste.

Si vous préférez évider votre modèle vous-même, il existe une fonction « épaisseur » dans l’atelier Part de FreeCAD.

14-epaisseur.png 

Il vous suffit de cliquer sur la face d’ouverture de votre coque et d’en choisir l’épaisseur.

16-outil coque 2.png

15-outil coque1.png 

Vous pouvez également utiliser les fonctions classiques d’enlèvement de matière. Comme la fonction booléenne « soustraction » dans l’atelier « Part »

17-soustraction.png

18-soustraction2.png 

Ou l’outil enlèvement de matière l’atelier « Part design » :

20-enlevement de matiere2.png

19-enlevement de matiere1.png 

Attention, pensez bien à laisser toujours un trou pour l’évacuation de la poudre.

Sans trous de débouchage, un objet, même avec une épaisseur correcte, sera considéré comme un objet plein, car la poudre bloquée à l’intérieur ne pourra pas être évacuée, cependant sa solidité sera inférieure, car il sera plein de poudre « non fusionnée ». Garder un trou de débouchage est donc particulièrement important. Pour en savoir plus sur le diamètre des trous à réaliser en fonction du matériau utilisé, vous pouvez consulter notre page sur les matériaux.

Il est possible d’ajouter du texte ou des motifs en relief sur votre objet en utilisant les outils de Sculpteo, mais vous pouvez également le faire dans FreeCAD. Le cas échéant il existe deux méthodes :

  • Utiliser l’outil Texte de l’atelier Draft de FreeCAD 
  • importer un fichier .SVG, pour un logo par exemple 
 

Utiliser l’outil Texte de l’atelier Draft

21-outil draft.png 

L’atelier Draft ou « planche à dessin » est un atelier utilisé pour ajouter des fonctionnalités basiques de dessin 2D à FreeCAD. Il permet également de gérer l’importation de différents formats vectoriels comme le .DFX ou .SVG.

L’outil texte 22-outil texte.png (attention le 23-annotation.png de cet atelier créer uniquement des annotations inutilisables pour une esquisse à extruder) permets de manipuler des chaines de caractères issues de la police de votre choix et d’en faire une esquisse utilisable en 3D.

Pour ça il vous faut créer un dossier contenant les polices de votre choix au format .TTF .OTF ou .PFB

24-polices.png

L’esquisse obtenue est utilisable comme n’importe quelle autre esquisse :

25-esquisse 3D.png

 

Importer un fichier .SVG

Il est parfois utile d’importer un fichier vectoriel sans avoir à le redessiner. C’est le cas lorsqu’on insère un logo par exemple. FreeCAD supporte différents formats vectoriels.DWG .DXF, etc.

Nous prenons ici l’exemple du .SVG qui donne de bons résultats.

Vous pouvez transformer un PNG en .SVG à l’aide de logiciel de dessin comme Illustrator ou passer par un service en ligne.

Pour cela, il faut cliquer sur Fichier > importer 

26-Fichier_importer.png 

On obtient un ensemble de paths ou tracés.

28-paths.png

Ces paths ne sont pas utilisables en tant que tels. Pour obtenir des surfaces, vous pouvez utiliser l’outil « monter de niveau » .

29-surfaces.png

Ces surfaces sont extrudables :

30-extrudables.png

Avec l’impression 3D, vous pouvez imprimer des parties mobiles ou des objets articulés en une seule impression, votre objet sortant de l’imprimante intégralement assemblé, fonctionnel, et avec des pièces indémontables.

Il faut cependant respecter certaines règles pour que votre objet soit fonctionnel.

Par exemple, pour un objet en plastique, vous devez laisser un jeu minimum de 0,5 mmautour des différents corps pour qu’ils ne soient pas fusionnés lors de l’impression. Pour connaître les règles de modélisation en fonction des matériaux, nous vous invitons à consulter notre page sur les matériaux.

Nous verrons comment mesurer des éléments et distances dans le prochain chapitre.

Pour réaliser du premier coup des éléments séparés d’une distance précise, utilisez les outils classiques de contraintes.

10-outils de contrainte.png

FreeCAD intègre un module de gestion de matériaux, encore très incomplet et uniquement utilisable pour sa solution de rendu 3D intégrée. Cependant, les informations de couleurs/matériaux ne sont pas exportables. Il est impossible d’exporter un fichier FreeCAD en incluant les textures.

Seul un filtre avant l’export permet d’exploiter les informations de matériaux en séparant le fichier en zones (chaque matériau différent sera considéré comme une zone de mesh différente). Vous devrez alors exporter votre fichier de FreeCAD à l’aide d’un logiciel permettant la gestion de couleurs/textures (comme Blender par exemple), assigner vos textures dans ce logiciel, et les exporter ensuite à nouveau.

Ce procédé est particulièrement laborieux et comporte de nombreux risques d’échecs, aussi bien au niveau de l’export de matériaux que de l’export de volume, et relève plus du bricolage que d’une méthode efficace. Il est donc préférable, si vous souhaitez réaliser un important travail de texture sur votre modélisation, de la réaliser directement dans un logiciel gérant les textures, comme Blender par exemple.

Par ailleurs, la gestion des UV est quasiment impossible avec FreeCAD. En effet, une fois exporté, les UV de base sont inutilisables et déplier un maillage exporté de FreeCAD est très souvent un défi qui fera perdre plus de temps qu’il n’en fera gagner.

Pour en savoir plus sur la modélisation pour l’impression 3D avec Blender, nous vous invitons à consulter notre tutoriel préparer votre fichier pour l’impression 3D avec Blender.