Projet ZAG : Expérimentations

Le projet ZAG est une exploration du potentiel de l’impression 3D à dépôt de fil. Cette recherche vise à mettre en valeur les qualités spécifiques de cette technique de fabrication (pour plus d’informations voir Projet ZAG : introduction). J’ai commencé ce travail en 2018, dans le cadre du Mastère spécialisé « Création et Technologie Contemporaine » à l’ENSCI – Les Ateliers.

Les expérimentations que j’ai réalisées m’ont permis d’obtenir des organisations structurelles, liées au principe même de l’impression 3D à dépôt de fil. Il en découle des esthétiques particulières, ainsi que des propriétés comme la flexibilité, la friction et l’accroche, la transformabilité…

En relation avec la nature variable des modèles 3D paramétriques (voir Projet ZAG : processus), ce travail ouvre selon moi des perspectives d’applications prometteuses dans des domaines variés : architecture, décoration, mode, robotique…

 
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Voir les autres articles relatifs au projet ZAG :
– Projet ZAG : introduction
– Projet ZAG : processus

Projet ZAG : Processus

Le projet ZAG est une exploration du potentiel de l’impression 3D à dépôt de fil. Cette recherche vise à mettre en valeur les qualités spécifiques de cette technique de fabrication (pour plus d’informations voir Projet ZAG : introduction). J’ai commencé ce travail en 2018, dans le cadre du Mastère spécialisé « Création et Technologie Contemporaine » à l’ENSCI – Les Ateliers.

Mon processus de travail est basé sur la conception d’un répertoire de modèles 3D paramétriques (permettant de faire varier indépendamment et avec précision les « parties » qui le constituent, et d’en générer ainsi différentes versions, à volonté), puis l’expérimentation de nombreuses variantes structurelles.

Ce protocole, qui combine programmation, méthodologie, intuition et expérience, est fait d’allers-retours entre la modélisation, la manipulation des pièces produites et l’observation des comportements de la machine (facilitée par la transparence technique de l’impression 3D à dépôt de fil fondu).

Identification des propriétés envisageables

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Cartographie de qualités potentielles de la fabrication additive

Conception des modèles 3D paramétriques et génération de variantes

J’ai réalisé les fichiers 3D paramétriques grâce au logiciel libre OpenSCAD, sur le principe de la modélisation CSG (Constructive Solid Geometry).

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Principe d’un modèle 3D paramétrique réalisé sur OpenScad
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Processus de travail pour réaliser des modèles 3D paramétriques
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Modèle 3D paramétrique ZAG : génération de variantes

Impressions, manipulations, itérations

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Fiches d’expériences

Les échantillons que j’ai estimés les plus intéressants ont fait l’objet de fiches d’expériences, qui condensent toutes les informations importantes à leur sujet (référence, principaux paramètres utilisés, propriétés de l’échantillon…).

ZAG : fiche d'expérience

 
Voir les autres articles relatifs au projet ZAG :
– Projet ZAG : introduction
– Projet ZAG : expérimentations

Projet ZAG : Introduction

Le projet ZAG est une exploration du potentiel de l’impression 3D à dépôt de fil. Cette recherche vise à mettre en valeur les qualités spécifiques de cette technique de fabrication. J’ai commencé ce travail en 2018, dans le cadre du Mastère spécialisé « Création et Technologie Contemporaine » à l’ENSCI – Les Ateliers.

Contexte

Le projet RepRap, fondé en 2006, démocratise l’impression 3D en utilisant le principe du dépôt de fil fondu (ou impression FDM, pour Fused Deposition Modeling ou Fusion Déposition de Matière). Auparavant, l’impression 3D, et plus généralement les techniques de fabrication additive numériques, étaient réservées au prototypage industriel et à la recherche, en raison du coût élevé des machines.

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Impression 3D à dépôt de fil fondu (FDM)
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Impression 3D : Chronologie (non exhaustive)

 

Cette « démocratisation », permise par l’impression 3D FDM, a été à l’origine d’ « utopies » liées à l’idée de fabrication numérique personnelle, et au croisement des mouvements « DIY », « Makers », ainsi qu’à l’émergence des fablabs (cf. Jeremy Rifkin, Chris Anderson…). Mais aujourd’hui, près de dix ans plus tard, cette technologie se retrouve souvent associée à la fabrication de « gadgets » peu intéressants. Paradoxalement, il semble donc que l’impression 3D à dépôt de fil soit perçue comme une technologie de moins en moins convaincante, alors même qu’elle est de plus en plus présente autour de nous.

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A gauche : Le livre de Chris Anderson « Makers : La nouvelle révolution Industrielle »
A droite : Exemples d’objets téléchargeables sur le site thingiverse.com
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A gauche : Parc mondial d’imprimantes 3D (en milliers / source : Deloitte)
A droite : Courbe de la « hype » des technologies émergentes (source : Rapports Gartner 2013 / 2015)

Le point de départ du projet ZAG est donc que l’impression 3D FDM me paraît souvent sous-estimée, en grande partie à cause d’un manque d’identification de ses qualités spécifiques.

Inspirations

La diffusion de l’impression 3D « personnelle », sans doute à travers un effet de médiatisation, a aussi provoqué un dynamisme sans précédent dans le secteur global de la fabrication additive. L’évolution de l’impression 3D métal (CLAD), l’émergence de l’impression 3D béton, céramique, la bio-impression, ont permis le développement de solutions innovantes dans des domaines variés (santé, énergie, architecture, écologie, ingénierie…).

Les propriétés structurelles exploitées par certains de ces travaux ont été, dans ce projet, des sources d’inspirations, tout comme certains domaines de recherches récents : les « métamatériaux-mécanismes » (intégrer des comportements mécaniques dans la structure de la matière elle-même), l’impression 4D (l’objet finit de se fabriquer de façon autonome, son matériau ayant été « programmé » dans ce but), les interfaces « tangibles »…

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Cool Brick – Emerging Objects, 2015
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Seismic LED – Margot Krasojevic, 2017
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Cortex – Jake Evill, 2013
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Metamaterial Mechanisms – Hasso Plattner Institute HCI Lab, 2016
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Thermorph (impression 4D) – Morphing Matter Lab, 2018
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Cilllia – Tangible Media Group (MIT), 2016

En couverture de l’article :

Metamaterial Mechanisms – Hasso Plattner Institute HCI Lab, 2016
Thermorph – Morphing Matter Lab, 2018
Active Auxetics – Self Assembly Lab (MIT), 2017
Programmable Materials – Self Assembly Lab (MIT), 2015
Cilllia – Tangible Media Group, MIT
Mesostructured cellular materials – Andreas Bastian, 2014

 
Voir les autres articles relatifs au projet ZAG :
– Projet ZAG : processus
– Projet ZAG : expérimentations

Crochet paramétrique U-Hook

2016
Fichier 3D paramétrique au format scad

Je cherchais depuis quelques temps une modélisation de crochet paramétrique, mais je n’ai pas trouvé de modèle existant, et gratuit, qui associe idéalement solidité et liberté de paramétrage. J’ai donc essayé de créer l’objet que je souhaitais, sous la forme d’un fichier 3D personnalisable, réalisé sur OpenScad, et facilement réalisable en impression 3D comme un « produit fini » .

Télécharger CUSTOMIZABLE U-HOOK (1,3 Mo)

Note : En utilisant ces fichiers, vous acceptez de respecter la licence :
Attribution – Non-Commercial – Share Alike (CC BY-NC-SA 4.0)

J’ai aussi publié Customizable U-Hook sur :
Thingiverse
Youmagine
Cults

Que faire avec ce fichier ?

Un crochet sur-mesure, réalisable ensuite en impression 3D. La forme intérieure du crochet principal est parfaitement demi-cylindrique (pour guider des tubes, accrocher un cadre de vélo…).

  • uHook-sample01-sergePayen
  • uHook-sample02-sergePayen
  • uHook-sample03-sergePayen
  • uHook-sample04-sergePayen
  • uHook-sample05-sergePayen
  • uHook-sample06-sergePayen
  • uHook-sample07-sergePayen
  • uHook-sample08-sergePayen
  • uHook-sample09-sergePayen
  • uHook-sample10-sergePayen


« U-Hook » est optimisé pour l’impression 3D à dépôt de fil : il ne nécessitera aucun « support » et il combine solidité et légèreté. Ci dessous, un crochet en PLA, pesant moins de 30 grammes, qui a tenu un poids de plus de 45 kilos.

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Test de poids sur le crochet « U-Hook »
Crochet imprimé en PLA, avec 2 périmètres, une hauteur de couche de 0.2 mm et un taux de remplissage de 20%. Le poids soutenu ici est de 47,4 Kg.

Comment utiliser ce fichier ?

J’ai écrit un petit tutoriel très simple, au sujet du logiciel OpenScad, qui explique comment utiliser ce type de fichier pour obtenir un objet sur-mesure :
Comment utiliser un fichier paramétrique.

 

1 / CHOISIR LA FORME

Choisissez la forme générale via les paramètres « bracket », « bracket_round » et « second_hook ». Chacun peut prendre au choix la valeur « true » (équivalent de “OUI”) ou « false » (équivalent de “NON”).

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2 / CHOISIR LA TAILLE

Choisissez ensuite les valeurs numériques qui vous conviennent pour paramétrer la taille des différentes partie du crochet.

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uHook-05-bracketSize-sergePayen

 

Si vous avez choisi la forme « a visser », vous pouvez paramétrer :

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Après chaque compilation (touche F5), la console (zone de texte en dessous de la zone de visualisation) renvoie de nombreuses informations sur la taille globale et la taille choisie pour chacun des éléments du crochet.

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Si certains choix sont illogiques, ou susceptibles d’altérer l’efficacité du crochet, on y trouvera aussi des avertissements et des conseils sur les valeurs à ajuster.

uHook-08-warnings-sergePayen

 

3 / OPTIONS SUPPLEMENTAIRES

Avec le crochet à suspendre (accroche rectangulaire), il peut être utile d’avoir une vis de sécurité pour bloquer le crochet.

uHook-09-safetyScrew-sergePayen

 

Si vous entrez une très grande valeur pour “thickness”, le fichier génèrera 4 trous de vis au lieu de 2, et dans ce cas, vous pourriez vouloir enlever l’extrémité triangulaire.

uHook-10-extremity-sergePayen

 

Vous pouvez aussi obtenir un crochet classique sans trous de vis, avec un sommet plat (par exemple pour intégrer un crochet à une autre forme).

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Liste complète des paramètres

  • crochet “classique” a visser (bracket=false)
  • crochet a suspendre (bracket=true)
  • accroche rectangulaire (bracket_round=false)
  • accroche semi-circulaire (bracket_round=true)
  • second crochet (second_hook=true)
  • sans second crochet (second_hook=false)
  • diamètre interne du crochet (hook_size)
  • épaisseur (thickness)
  • longueur du second crochet (second_hook_lenght)
  • angle du second crochet (second_hook_angle)
  • hauteur entre le crochet principal et le 1er trou de vis (spacer_1)
  • hauteur entre le 1er trou de vis et le 2nd crochet (spacer_2)
  • hauteur entre le 2nd crochet et le 2nd trou de vis (spacer_3)
  • hauteur entre le 2nd trou de vis et le haut de l’objet (spacer_4)
  • taille principale de l’accroche (bracket_size)
  • épaisseur de l’accroche (bracket_stiffness)
  • longueur voulue pour le retour arrière de l’accroche (stop_lenght)
  • diamètre de la vis (screw_diam)
  • diamètre de la tête de vis (screw_head)
  • tolérance qui s’ajoutera à tous les diamètres (tolerance)
  • hauteur de la tête de vis (screw_head_h)
  • vis de sécurité (safety_screw=true)
  • sans vis de sécurité (safety_screw=false)
  • extrémité triangulaire (extremity=true)
  • extrémité plate (extremity=false)
  • sans trous de vis (screw_holes=false)
  • sommet plat (rounded_top=false)

Export et impression 3D

Une fois finie la personnalisation de votre crochet, il vous faut lancer le rendu final dans OpenScad (touche F6) puis l’exporter au format STL (si besoin, revoir la fin du tutoriel Comment utiliser un fichier paramétrique).

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Les réglages d’impression n’ont rien de particulier, il n’y a jamais besoin de support. La forme du crochet le rend vraiment résistant une fois imprimé et mis en place. Inutile d’utiliser un taux de remplissage très important, 20% sera largement suffisant dans la plupart des cas.

Utiliser un fichier paramétrique

L’objectif de cet article est d’expliquer comment utiliser un modèle 3D paramétrique avec le logiciel OpenSCAD, afin d’obtenir un objet sur-mesure.

Télécharger OpenSCAD

Introduction

Un fichier paramétrique est un modèle 3D à « géométrie variable » (le format SCAD est basé sur le principe de la modélisation CSG). Il met à disposition de l’utilisateur des paramètres, qui pourront prendre les valeurs de son choix.

HCW-SpokeStyles1

HCW-SpokeStyles2

Highly Configurable Wheel
Fichier créé par Alex Franke – CodeCreations
Téléchargeable ici : http://www.thingiverse.com/thing:21486

L’interface

Voilà comment se présente un fichier :

customizableKnob-openScad

Customizable Knob!
Fichier créé par Charliearmorycom
Téléchargeable ici : http://www.thingiverse.com/thing:54024

 

L’interface est divisée en 2 zones :

– L’éditeur (à gauche)
– La fenêtre de visualisation (à droite)

  • clic gauche = « orbiter » la vue
  • clic droit = déplacer latéralement la vue
  • molette = zoom

 

openScad-viewsIcons
Points de vues standards (dessus, dessous, côté…).

 

Les paramètres, en noir, et leurs valeurs, en rouge :

sergePayen-OStuto-editor

Paramètres, valeurs et commentaires

Un paramètre et sa valeur s’écriront :
paramètre = valeur ;

Les commentaires sont des petits textes pour aider l’utilisateur. Ils sont précédés de « // », ou placés entre « /* » et « */ ».

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Voilà l’effet d’un changement de valeurs pour les paramètres KnobHeight et KnobDiameter (hauteur et diamètre du bouton, en mm) :

sergePayen-OStuto-numeric1

sergePayen-OStuto-numeric2

Au début, le bouton faisait « 20 » mm de hauteur pour « 20 » mm de diamètre. En changeant simplement ces valeurs par les nombres « 15 » et « 100 », on a obtenu un bouton faisant 15mm de hauteur pour 100mm de diamètre.

Visualiser les modifications : l’aperçu

Après avoir changé quelque chose dans l’éditeur de code, il faut indiquer à OpenScad que l’on souhaite générer un aperçu en tapant sur F5 (afin de « recalculer » le modèle).

POUR VOIR VOS MODIFICATIONS :
APPUYEZ SUR F5
OU CE BOUTON :

D’autres types de valeurs

Les valeurs numériques exprimant des dimensions sont les plus courantes, mais il y en a d’autres, comme les valeurs « booléennes ». Une valeur booléenne n’a que deux possibilités : soit c’est 1 (ou TRUE), soit c’est 0 (ou FALSE). Typiquement, les valeurs booléennes sont utilisées pour proposer un choix binaire (OUI / NON).

sergePayen-OStuto-legoTrue

sergePayen-OStuto-legoFalse

Parametric Lego Brick
Fichier créé par Andrew Sweet
Téléchargeable ici : http://www.thingiverse.com/thing:231651) :

 

Il existe aussi des valeurs pour proposer un choix entre plusieurs options. Il peut s’agir de valeurs numériques comme « 1, 2, 3, 4… ».

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sergePayen-OStuto-furniture15

Customizable Furniture Minis
Fichier créé par mathgrrl
Téléchargeable ici : http://www.thingiverse.com/thing:332507) :

 

Ce type de valeurs peut aussi être exprimé « en toute lettres » :

sergePayen-OStuto-stringCircle

sergePayen-OStuto-stringLine

Le paramètre prends alors une valeur sous forme de « mot » (chaîne de caractère, en jargon informatique). Sous cette forme, la valeur doit être inscrite entre guillemets. Les options possibles sont généralement inscrites dans les commentaires.

Obtenir un fichier STL : Rendu et Export

POUR FAIRE LE RENDU (OBLIGATOIRE AVANT L’EXPORT STL)
APPUYEZ SUR F6
OU CE BOUTON :

openScad-renderIcon

POUR EXPORTER LE FICHIER 3D AU FORMAT STL
APPUYEZ SUR CE BOUTON :

openScad-STLicon

Ou bien via la barre de menu : Fichier / Exporter / Exporter comme STL

 

Le fichier STL peut ensuite être imprimé, comme ici le bouton rotatif vu plus haut :

sergePayen-OStuto-boutonPrint

Et une fois installé sur le contrôleur LCD de mon imprimante 3D :

sergePayen-OStuto-boutonLCD