Des premières impressions de textes à l'imprimante 3D

Universellement connu pour l'invention de la typographie en 1452 à la Renaissance, Johannes Gutenberg a permis la diffusion de textes imprimés religieux, littéraires, scientifiques, auparavant écrit à la main, et du savoir en Europe. Gutenberg ne mesurait certainement pas encore l’importance de son innovation pour la société de notre époque.

Aujourd’hui, l’imprimante 3D peut révolutionner l’industrie et même notre mode de vie. Déjà utilisée dans l’industrie depuis une dizaine d’années, l’impression tridimensionnelle devient désormais accessible aux particuliers. En effet, depuis deux ans, cette nouvelle technologie se démocratise rapidement grâce à la baisse des prix continuelle des imprimantes 3D et du choix abondant pour tous « les goûts et les couleurs ». Chacun peut alors devenir le propre designer de ses objets. Dans un premier temps, nous parlerons de la modélisation 3D sur des logiciels facilement utilisables pour le consommateur et les différentes techniques utilisées pour imprimer en 3D des objets ; puis dans un second temps, nous exposerons les différents domaines d’application de cette « Nouvelle Révolution Industrielle » ; enfin, nous nous attarderons sur son application dans la médecine, perçue comme l'une des meilleures voies d'amélioration de l'efficacité thérapeutique, permettant d’imprimer des tissus ou des organes en 3D.

L’imprimante tridimensionnelle :

comment fonctionne-t-elle ?

Pour imprimer un objet en 3 dimensions, il faut d’abord modéliser cet objet par ordinateur, puis envoyer des instructions à l’imprimante 3D, pour qu’elle imprime cet objet avec des procédés différents selon l’imprimante.

La conception numérique

La modélisation 3D1

Il existe plusieurs logiciels de modélisation, la majorité utilise la formation polygonale.

La formation polygonale

La formation polygonale est la modélisation d’un objet par une multitude de triangles adjacents les uns des autres.

Les 2 formats les plus utilisés sont le .stl et le .obj, ce dernier est utile car il gère les couleurs. Le format .stl pour STéréoLithographie a été créé initialement pour les imprimantes 3D utilisant le procédé de stéréolithographie, qui est la première technique utilisée en 1983.

Une forme 3D modélisée quelle qu’elle soit est un nuage d'un nombre fini de points, c’est-à-dire une multitude de points captés avec leurs coordonnées (souvent avec un scanner1 ou définis précisément par le modeleur à l'aide d'un logiciel de modélisation).

Puis, pour obtenir un objet complet, c’est-à-dire avec une surface fermée, il faut que ces points soient reliés. Or, si on relie entre eux chaque point d’un nuage de points quel qu’il soit, on obtient une multitude de triangles adjacents : c’est un maillage de points.

Une fois le maillage des points effectué, l'objet aura une surface fermée et donc une surface extérieure et une surface intérieure.

Cependant la formation polygonale a un défaut, certaines formes géométriques comme la sphère nécessitent une infinité de points pour former une surface latérale courbée parfaite. L'ordinateur ne pouvant pas prendre en compte une infinité de points, il lui faudra choisir un degré de précision et savoir combien de points seront pris en compte et reliés par la suite. Dans tous les cas la modélisation d'une sphère parfaite est impossible.

Image 3 : Modélisation d'une sphère sur le logiciel OpenSCAD

Image 4 : Différents degrés de précision de la modélisation

De plus, il est possible qu’il y ait un défaut de modélisation dans le fichier, souvent dû à des erreurs de manipulation de la part du modeleur. La surface peut ne pas être fermée.

Donc, que ce soit une modélisation en format .stl ou .obj, le procédé de modélisation est le même, la formation polygonale.

Les outils utilisés

Il existe deux types de logiciels utiles à l’impression 3D :

- Les logiciels de modélisation, comme Sketchup, qui permettent de modéliser des objets, avec la formation polygonale, en .stl ou .obj. Différents outils sont mis à disposition par ces logiciels, comme les fonctions booléennes qui permettent à partir de plusieurs objets, d’en créer un seul, ou au contraire soustraire une forme à une autre pour former un ensemble

différent. Ou encore, un plug-in comme Meshmixer permettant de corriger les artéfacts1 ou les erreurs de modélisation.

Image 6 : Coeur humain modélisé en 3D par le logiciel SketchUp

- Et sont aussi indispensables à l’impression, les logiciels de contrôle de l’imprimante 3D, comme Repetier Host, qui permettent de faire bouger les axes x, y et z de l’imprimante, chauffer la buse2 pour la technique FDM3, régler la vitesse de l’extrudeur4, etc. Ce logiciel comporte un plug-in5, le Slicer, qui permet de définir le remplissage, la structure et la finesse des couches à imprimer.

Image 7 : Coeur humain découpé par le Slicer sur Repetier Host et à droite le G-Code, issu du découpage

Les instructions d’impression

Le tranchage virtuel de l’objet, dit "slicing"

Ce qu’on appelle le tranchage virtuel d’un objet, le "slicing", est la décomposition en plusieurs couches fines de cet objet, qui permet de convertir un modèle 3D en instructions d’impression à envoyer à l’imprimante, sous forme de G-Code. Plus le nombre de couches est important, plus la précision de l’objet augmente.

On peut utiliser différents modes de "slicing", par exemple, si on veut économiser

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