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Modélisation avec SketchUp d'une stella octangula et sa réparation pour l'imprimer en 3D

Les imprimantes 3D acceptent de plus en plus de formats de fichiers. Actuellement, le format STL (STereo-Lithography) restant le plus utilisé, nombreux sont les logiciels et applications de modélisation 3D surfaciques permettant sa production. Afin d’être accepté par tous les logiciels de toutes les imprimantes 3D, le modèle 3D doit être parfaitement « fermé » et « vide à l’intérieur ». Selon les logiciels utilisés pour la conception et la façon de concevoir le modèle, certaines réparations du fichier de modélisation sont donc nécessaires afin d’obtenir un modèle imprimable en 3D.

En collège, pour la géométrie dans l'espace en mathématiques, les logiciels utilisés par les élèves et les professeurs sont, entre autres, SketchUp et GeoGebra. SketchUp, souvent utilisé aussi en classe de technologie, permet de concevoir des modèles 3D exportables en STL en vue de leur impression 3D. Dans les faits, suite à des tests réalisés, force est de constater que ces modèles ne sont pas tous imprimables en 3D et ont besoin d'être réparés pour qu'ils le deviennent.

Avant d'apprendre à modéliser en codant, passer par les étapes (détaillées ci-après) de conception, de test et de réparation d'un modèle 3D directement manipulable, est une première aide à la compréhension mathématique de la modélisation 3D en vue de son impression 3D.

Coup d’œil⚓︎

On aime⚓︎

Info

  • Le logiciel SketchUp pour sa facilitĂ© de prise en main, entre autres, par des collĂ©giens et la visualisation des rĂ©parations d'un modèle 3D en vue de son impression en 3D ;
  • L'application 3D Builder pour les rĂ©parations automatiques des fichiers STL.

Informations⚓︎

NĂ©cessite une installation :

oui : SketchUp Make 2017 et plugin d'exportation en STL, 3D Builder, Repetier Host (ou logiciel propriétaire d'une imprimante)

NĂ©cessite une connexion Internet :

uniquement pour télécharger les logiciels et applications

Disponibilité (système) :

Windows/IOS selon les logiciels

Prix :

gratuit

Matériel :

ordinateur et imprimante 3D

Utilisation⚓︎

Dans les sections ci-après, des tutoriels décomposent par étapes des procédures à suivre pour :

  • concevoir, avec SketchUp, un modèle 3D d'un solide mathĂ©matique simple, celui d'une stella octangula et l'exporter en STL afin de servir de modèle 3D test ;
  • effectuer le test de faisabilitĂ© d'impression 3D sur ce modèle ;
  • si le modèle n'est pas imprimable en 3D, effectuer des rĂ©parations manuelles avec SketchUp ou automatiques avec 3D Builder pour qu'il le devienne.

Le solide mathématique stella octangula (étoile de Kepler) a été choisi pour :

  • la simplicitĂ© de la conception de son modèle 3D,
  • la possibilitĂ© de rĂ©aliser le modèle de diffĂ©rentes façons,
  • les erreurs de modĂ©lisation qu'il engendre parce qu'il est Ă©toilĂ©,
  • son Ă©tude mathĂ©matique complète possible et intĂ©grable Ă  un projet mathĂ©matique (non dĂ©taillĂ© ici) Ă  mettre en Ĺ“uvre au cycle 4 idĂ©alement en classe de 4ème (suggestion : parcours artistique et culturel).

1. Conception d'un modèle 3D test d’un solide simple (une stella octangula) avec SketchUp et exportation en STL

1. Conception d’un modèle 3D test d’un solide simple (une stella octangula) avec SketchUp et exportation en STL⚓︎

Pour information, en 2019, SketchUp Make laisse la place à SketchUp free en ligne ou à SketchUp pour les écoles. Les icônes, avec un design plus actuel, ressemblent à celles des versions précédentes. Il est donc aisé de se repérer dans les différentes versions. Les versions utilisées ci-après sont SketchUp Make 2017 et dans les vidéos SketchUp8. Bien entendu, si les exemples et vidéos proposés dans cet article traitent de différentes versions de SketchUp, il vous suffit d’en installer une seule ou choisir celle en ligne pour effectuer toutes les tâches présentées.

La conception d’un modèle 3D simple (stella octangula) avec le logiciel SketchUp est réalisée dans le but de l’utiliser comme modèle 3D test pour mettre en évidence et amener à comprendre les réparations que doit subir un modèle en vue de son impression 3D.

1.1. Etapes d’une modélisation en 3D d’une stella octangula avec SketchUp :⚓︎
  • crĂ©er un cube

La vidéo ci-après donne des indications pour démarrer avec SketchUp8 et montre comment modéliser en 3D un cube avec cette version de logiciel.

Tutoriel : Cube géolocalisé avec son ombre à midi solaire avec SketchUp8

Une fois le cube construit, il s’agit de :

  • tracer les diagonales de chaque face
  • relier les centres des faces entre eux sauf ceux des faces opposĂ©es deux Ă  deux. En tournant le cube avec l’icĂ´ne « Orbite », on voit un octaèdre rĂ©gulier Ă  l’intĂ©rieur du cube. Ses sommets sont les centres des faces du cube.
  • effacer les arĂŞtes du cube

  • enregistrer le fichier (il est prĂ©conisĂ© de ne mettre ni accents, ni caractères spĂ©ciaux, ni majuscules, comme par exemple : stella-octangula.skp). L’extension skp correspond au format des fichiers SketchUp.

Une vidéo récapitulant l’ensemble des étapes de construction est proposée dans la section de cet article : « 3. Réparations manuelles du modèle 3D dans SketchUp en vue de son impression 3D ».

1.2. Etapes d’exportation du modèle 3D de SketchUp vers le format STL :⚓︎

Avant de pouvoir exporter un fichier de SketchUp en STL, il est nécessaire de télécharger et d’installer un plugin pour SketchUp. Pour ce faire, se référer au site de SketchUp sachant que les procédures d’installation sont différentes selon les versions et les plugins à disposition. Concernant la nouvelle version en ligne SketchUp free, le plugin d’exportation au format STL étant déjà intégré, il n’y a aucune installation à faire.

Une fois le plugin installé :

  • sĂ©lectionner l’ensemble du modèle 3D
  • crĂ©er un groupe avec le clic droit de la souris

[

  • enregistrer votre fichier (il est prĂ©conisĂ© de ne mettre ni accents, ni caractères spĂ©ciaux, ni majuscules comme par exemple : stella-octangula.skp)
  • exporter en stl sous le nom stella-octangula.stl

2. Test avant réparations du modèle 3D test issu de SketchUp

2. Test avant réparations du modèle 3D test issu de SketchUp⚓︎

Dans la section précédente, un fichier au format STL du modèle test a été généré avec le logiciel SketchUp Make 2017.

Après avoir chargé ce fichier dans Repetier Host (un logiciel d’impression 3D), cliquer sur l’icône « Settings », puis « Analysé » et enfin « Analyse ».

Le résultat de l’analyse du modèle 3D créé avec SketchUp Make 2017 est le suivant :

Des réparations sont nécessaires. Des faces sont peut-être mal orientées, c’est-à-dire inversées entre resto-verso (modèle « non-fermé ») et le modèle n’est sans doute pas « vide ». Conclusion : le modèle 3D tel quel n’est pas imprimable en 3D.

3. Réparations manuelles du modèle 3D test dans SketchUp en vue de son impression 3D

3. Réparations manuelles du modèle 3D test dans SketchUp en vue de son impression 3D⚓︎

Dans cette section, il s’agit de réparer manuellement un modèle 3D simple, en vue de son impression 3D, c’est-à-dire d’effectuer les rectifications nécessaires afin que le modèle 3D soit « fermé » et « vide ». Une solution en deux étapes avec SketchUp Make 2017 et SketchUp8 est proposée ici.

3.1. Faire en sorte que les faces du modèle 3D soient toutes dans le sens recto pour obtenir un modèle 3D « fermé »⚓︎

Etapes :

  • reprendre le fichier  stella-octangula.skp
  • cliquer sur l’onglet « FenĂŞtre », puis « Palette par dĂ©faut », et enfin « Styles »
  • dans la fenĂŞtre « Styles », modifier la couleur du verso en cliquant sur l’onglet « Edition » puis sur le carrĂ© de couleur pour choisir une couleur vive (exemple : rouge clair)
  • les faces extĂ©rieures du modèle 3D ne doivent pas ĂŞtre rouges. Pour celles qui le sont, les sĂ©lectionner puis cliquer droit « Inverser faces »

3.2. Faire en sorte que le modèle 3D soit « vide », c’est-à-dire qu’il n’y ait aucune paroi ou cloison à l’intérieur

Etapes :

  • cliquer sur la vue de face
  • Ă  cĂ´tĂ© du solide, placer un rectangle Ă  la verticale vue de face
  • cliquer sur l’onglet « Outils » puis  « Plan de section »
  • placer le plan de section sur le rectangle

  • Ă  l’aide de l’icĂ´ne « DĂ©placer » le plan de manière Ă  avoir une section du modèle 3D
  • sĂ©lectionner les faces « intĂ©rieures » qui sont des parois ou cloisons afin de les effacer en cliquant droit sur chacune et « Effacer »

Le modèle 3D doit être « vide ».

  • sĂ©lectionner le plan de section et cliquer droit pour l’effacer
  • sĂ©lectionner le rectangle et cliquer droit pour l’effacer (ou le gommer)
  • enregistrer votre fichier (il est prĂ©conisĂ© de ne mettre ni accents, ni caractères spĂ©ciaux, ni majuscules comme par exemple : stella-octangula_repare.skp)

La vidéo ci-après est un tutoriel de l’ensemble des étapes précédentes. La version de SketchUp utilisée est la 8, version assez ancienne mais toujours utilisée dans de nombreux collèges. Dans les dernières versions comme SketchUp Make 2017 ou SketchUp free les icônes ont un design plus actuel et la fenêtre de styles a changé. Elle se retrouve désormais dans l’onglet « Fenêtre », puis « Palette par défaut ».

Tutoriel : stella octangula (Ă©toile de Kepler) Ă  partir du cube dans sketchup8

  • une fois le modèle rĂ©parĂ©, sĂ©lectionner l’ensemble du modèle 3D
  • crĂ©er un groupe avec le clic droit de la souris
  • l’exporter au format STL (voir section prĂ©cĂ©dente)

Le fichier est désormais prêt à être téléchargé vers un logiciel dédié à l’impression 3D.

Stelle octangula

4. Réparation automatique avec 3D Builder du modèle 3D test au format STL issu de SketchUp en vue de son impression 3D

4. Réparation automatique avec 3D Builder du modèle 3D test au format STL issu de SketchUp en vue de son impression 3D⚓︎

  • avec le logiciel 3D Builder, ouvrir le fichier test au format STL gĂ©nĂ©rĂ© par SketchUp (celui Ă  rĂ©parer)
  • dans 3D Builder, cliquer sur « Modèle d’importation »

  • cliquer sur la fenĂŞtre « Un ou plusieurs objets ne sont pas correctement dĂ©finis. Cliquer ici pour les rĂ©parer. »

Remarque :

Dans le logiciel SketchUp, importer ce modèle 3D réparé au format STL et le manipuler en suivant les étapes de réparation manuelle, permet de voir  que les réparations automatiques faîtes sont les mêmes que celles faîtes manuellement à l’exception des triangles qui sont décomposés en plusieurs.

Le modèle 3D est désormais imprimable !

  • Enregistrer le modèle 3D en STL ou dans un autre format pris en charge par l’imprimante 3D utilisĂ©e.

Remarque :

Certains logiciels d’impression 3D (propriétaires aux imprimantes 3D) proposent aussi des réparations automatiques plus ou moins efficaces mais, dans tous les cas, très pratiques.

Il peut arriver que les réparations ne soient pas celles  souhaitées.

Dans ce cas, il ne reste plus qu’à étudier la conception d’un nouveau modèle 3D afin que celui-ci soit imprimable en 3D.

L’importation d’un modèle 3D au format STL dans le logiciel SketchUp peut aider à identifier et effectuer les réparations d’un modèle 3D manuellement.

5. Conseils pour l'impression 3D du modèle réparé d’une stella octangula avec le logiciel utilisé par l’imprimante

5. Conseils pour l’impression 3D du modèle réparé d’une stella octangula avec le logiciel utilisé par l’imprimante⚓︎

  • ouvrir le logiciel dĂ©diĂ© Ă  l’imprimante 3D
  • charger le modèle 3D au format STL rĂ©parĂ©
  • il est tout Ă  fait possible de changer la taille du modèle (la taille minimale conseillĂ©e Ă©tant 1,2 cm)
  • Pour ce type de modèle 3D, si l’imprimante 3D est par extrusion et dĂ©pĂ´t de fil fondu, il n’y a besoin ni de lit (radeau), ni de supports. Selon la tempĂ©rature ambiante, il peut ĂŞtre nĂ©cessaire de mettre de la colle blanche en bâtonnet sur le plateau de l’imprimante 3D si le filament utilisĂ© est du PLA (acide polylactique). Effectuer les rĂ©glages de l’impression sachant que le taux de remplissage peut ĂŞtre de 0% avec une coque Ă©paisse ou bien de 10% avec une coque normale ou fine.
  • lancer l’impression 3D

Galerie⚓︎

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