Quelques notions de base de la CAO
Le modelage d’un objet à trois dimensions sur un écran qui n’en a que deux est un exercice ni évident ni naturel. Quel que soit le logiciel utilisé, un apprentissage préalable est obligatoire pour assimiler les fonctions de base de la CAO (conception assistée par ordinateur ; CAD en anglais pour Computer Assisted Design) et se rappeler des notions de géométrie de vos (lointaines !) années de lycée.
Pour pouvoir s’orienter dans l’espace de travail virtuel, tous les programmes affichent un système de référence conforme aux trois axes de l’espace. Par convention, la longueur correspond à l’axe des X, la largeur au Y et la hauteur au Z. Il s’affiche dans un coin de l’écran sous forme de trois flèches perpendiculaires ou d’un cube mobile qui s’oriente en temps réel conformément à l’angle sous lequel on visualise l’objet.
La tendance actuelle est de travailler en perspective dans une fenêtre de travail unique, mais il est possible de travailler sur quatre fenêtres simultanément, trois correspondant aux vues en plan (Z), profil (Y) et face (X), la quatrième montrant l’objet en perspective. La modification de l’objet sur l’une se répercute en temps réel sur les trois autres. La modélisation 3D proprement dite repose sur de nombreuses entités dont les principales sont les courbes, les surfaces et les volumes. Trois courbes tangentes ou plus forment une surface et plusieurs surfaces continues forment un solide. Une surface mathématique n’ayant pas d’épaisseur, l’imprimante 3D ne peut imprimer que des solides présentant un volume parfaitement fermé. La moindre discontinuité de surface conduira à l’échec de l’impression. Cette contrainte majeure oblige à modéliser ses objets avec méthode, et, avant de les exporter, à vérifier, à l’aide de la fonction correspondante, qu’ils sont bien fermés.
Des formes complexes peuvent être créées
Pour faciliter la tâche de l’opérateur, les modeleurs suivent trois méthodes conjointes, filaire, surfacique et volumique, mais la logique de création, les outils disponibles et l’interface utilisateur varient sensiblement d’un éditeur à l’autre. Basée sur des points et des lignes, la modélisation filaire décrit l’objet sur un plan en deux dimensions, souvent appelé esquisse (« sketch » en anglais). Une fois fermées, ces lignes définissent une surface que l’on peut ensuite traiter grâce à des outils dédiés, comme assembler, copier, tourner, déformer, ajuster, percer, etc. Comme la méthode surfacique ne connaît aucune limite de forme, elle est bien adaptée à la création de volumes complexes, comme les bateaux ou les formes fluides, de type design ou organiques. La méthode volumique englobe les deux précédentes, mais elle utilise en plus des primitives volumiques (parallélépipède, cylindre, sphère…) liées les unes aux autres par des opérateurs logiques (union, différence, intersection…) et des fonctions géométriques (rotation, translation, homothétie, symétrie, etc.). Le volumique est la méthode la plus courante dans l’industrie pour créer des objets mécaniques.
Afin de faciliter la tâche de l’opérateur, les éditeurs rivalisent d’ingéniosité pour développer une interface homme/machine, la plus intuitive possible. La plus facile, et de loin, repose sur l’édition directe des objets par tirer-pousser (Push-Pull) qui permet d’effectuer toutes les manipulations et transformations, ou presque, en temps réel.
Apprentissage et pratique sont indispensables
L’autre méthode, dite paramétrique, passe par la saisie de valeurs numériques dont la validation déclenche les calculs et modifications de l’objet. Plus rigoureuse dans son principe, elle est aussi moins intuitive et sa lourdeur n’incite guère à la créativité. Pour cette raison, les développeurs tendent aujourd’hui à proposer les deux méthodes, paramétrique et édition directe, en parallèle. Mais, malgré tous leurs efforts, un sérieux apprentissage, suivi d’une pratique régulière, reste indispensable pour obtenir des résultats satisfaisants sans perdre trop de temps. Selon les aptitudes et les goûts de chacun, la dimension personnelle pourra aussi faire pencher la balance vers tel ou tel programme. Dans la seconde partie de ce dossier, nous proposerons un panorama des modeleurs, gratuits et payants, adaptés à l’impression 3D, des slicers, ainsi qu’un exemple de modélisation et de fabrication étape par étape, les principes de fonctionnement d’une imprimante et le choix des matériaux en fonction du projet à réaliser.