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Impression 3D

Mediathena - 22/07/2019

Des impressions 3D tout en rondeur

2 voitures : celle du haut imprimée avec le logiciel CurviSlicer et celle du bas avec un logiciel moins performant. La voiture du haut a été imprimée grâce au logiciel CurviSlicer, alors que celle du bas a été imprimée grâce à un logiciel moins performant. - ©Inria

Les équipes-projet MFX (pour Matter from Graphics) et Pixel, communes à Inria et au Loria et situées à Nancy, ont mis au point un logiciel innovant pour l’impression 3D de surface courbes. Pour éviter « l’effet escalier », le nouvel algorithme CurviSlicer décompose la forme de la pièce à imprimer en tranches courbes pour que le dépôt suive naturellement les surfaces. Elle rend ainsi possible le dépôt de surfaces courbes lisses en utilisant une imprimante 3D classique à fil fondu. Ces travaux seront présentés lors de la conférence internationale SIGGRAPH, le 31 juillet 2019.

La fabrication d’objets par impression 3D s’est largement démocratisée et de nombreuses imprimantes à fil fondu (Fused Filament Fabrication ou FFF) sont désormais disponibles chez les professionnels de la CAO, dans les FabLab, les écoles, mais aussi chez les particuliers passionnés par cette technologie. Un défaut souvent produit par l’impression 3D est l’effet « d’escalier » qui apparait le long des surfaces supérieures légèrement inclinées : le « dessus » de pièces courbes. Il nécessite souvent un ponçage manuel pour obtenir un résultat lisse.

« Nous voulions optimiser la fabrication d’objets légèrement arrondis sur l’imprimante à filament de Monsieur Tout le Monde  » précise Sylvain Lefebvre, directeur de recherche Inria et responsable de l’équipe MFX.

Repenser les paramètres d’impression

Pendant longtemps, cette imperfection des objets à surfaces en faible pente a été considérée comme inhérente à la technologie de fabrication elle-même, puisqu’elle consiste à déposer progressivement de la matière par empilement de couches planes, chacune d’épaisseur uniforme. Pour cela, l’objet désiré est d’abord modélisé en 3D puis un logiciel établit la suite d’instructions de déplacements horizontaux à donner à la tête d’impression pour fabriquer chaque couche.

Il est cependant aussi possible de déplacer la buse d’une imprimante à filament classique à la verticale, pour qu’elle dépose le long de courbes. Cette possibilité est rarement exploitée car il est difficile d’obtenir un algorithme décomposant une pièce en tranches courbes sans introduire un risque de collision entre l’imprimante et la pièce en cours de fabrication. Il faut également respecter d’autres contraintes, comme des épaisseurs de dépôt minimum et maximum. Jusque-là aucun algorithme ne permettait aux imprimantes classiques de tirer partie de ce déplacement vertical.

En collaboration avec des chercheurs d’Allemagne, des États-Unis, du Canada et Hong-Kong, les chercheurs des équipes MFX et Pixel ont créé un tel algorithme. Il permet de faire varier progressivement la hauteur de la buse d’impression et l’épaisseur des dépôts, tout en garantissant qu’aucune collision ne se produira. Ainsi, à partir de la modélisation 3D de l’objet, ils peuvent programmer le dépôt de matière suivant les pentes naturelles de la pièce (inférieure à 30°), et non plus tranche horizontale par tranche horizontale. 

En se basant sur la forme finale de l’objet à imprimer, l’algorithme optimise la trajectoire de la buse d’impression et les dépôts en tenant compte des différentes contraintes que sont la présence de pentes douces, l’encombrement de la tête de la buse et le risque de collision de celle-ci avec de la matière déjà déposée. L’algorithme produit ainsi une série d’instructions non seulement dans le plan horizontal (x,y) mais également en jouant sur l’altitude (z) de la buse et la quantité de matière déposée en chaque point, ce qui permet de déposer des couches d’épaisseurs variables.

L’Open Access pour un plus grand impact

« L’algorithme permet d’obtenir des objets dont les pentes faibles sont grandement améliorées, sur les imprimantes 3D existantes  » se réjouit Sylvain Lefebvre.

Seul point négatif : ce nouveau procédé implique un temps de calcul de la trajectoire de la tête un peu plus long (il faut quelques minutes - et non plus quelques secondes - pour calculer la trajectoire de la buse). Ce délai est cependant raisonnable au vu de la qualité du résultat obtenu : une surface lisse est moins fragile qu’une surface rugueuse et l’obtenir dès la fin de l’impression signifie que l’étape de lissage finale en est largement allégée. Finalement, le travail est plus précis pour un même nombre de tranches, avec un gain de temps et un gain en résistance lors de l’utilisation.

Pour qu’il ait un impact positif le plus large possible, cet algorithme, décliné en logiciel nommé CurviSlice, sera mis à disposition sous forme de code source pour que les utilisateurs d’imprimantes 3D puissent s'en emparer.

Mots-clés : Algorithme CurviSlicer Siggraph2019 Impression 3D

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