L’impression en 3D est une technologie révolutionnaire qui permet aux utilisateurs de synthétiser des objets en trois dimensions. Les imprimantes récentes créent des couches d’objets en exposant une résine à la lumière ultraviolette, durcissant chaque couche superposée à la couche précédente. Les matrices de micromiroirs numériques (DMD) peuvent « modéliser » la lumière ultraviolette pour projeter l’image de chaque couche dans la résine, de sorte qu’une couche peut être entièrement « écrite » en une seule fois en haute résolution et, potentiellement, avec une grande maîtrise de la part de l’utilisateur.
Pour profiter pleinement des capacités de la technologie DMD, celui-ci doit être en mesure d’établir une interface efficace et fluide avec l’électronique qui pilote la matrice DMD. L’interface doit gérer des signaux de contrôle appropriés pour synchroniser correctement le fonctionnement de la matrice DMD par rapport au moteur qui positionne la plate-forme de création avant de procéder à l’impression de chaque couche. Avec une interface logicielle appropriée, l’utilisateur peut adapter le système et l’imprimante à une large gamme d’applications capables de produire des pièces complexes. Par exemple, un moteur de fusée habituellement construit au moyen de plusieurs pièces peut être réalisé en un seul jet, ce qui élimine les points faibles au niveau des jonctions ou des couplages. De plus, l’interface logicielle et l’imprimante peuvent produire de nouveaux éléments tels que des cellules de test biologiques ou des éléments qui requièrent des matériaux originaux ne pouvant être produits avec une autre méthode. Par conséquent, de nouveaux développements sont nécessaires au niveau des interfaces entre le système et l’utilisateur afin de libérer toute la puissance des imprimantes 3D — par exemple grâce à l’utilisation de la technologie TI DLP par tous les intervenants concernés.
La société Optecks a développé un logiciel complet appelé Design23DPrint qui gère les fonctions d’interface avec l’utilisateur et l’imprimante, qui aident l’utilisateur à créer, manipuler et préparer rapidement et facilement des modèles d’impression 3D jusqu’au niveau du pixel, soit en utilisant un logiciel de commande existant, soit en injectant directement les signaux de commande vers l’imprimante 3D. Le logiciel propose des outils et des fonctions permettant d’importer, de manipuler et d’éditer des modèles d’objets 3D obtenus à partir d’une variété de sources, en « découpant » l’objet en couches, et en éditant chaque couche pixel par pixel. Toutes les commandes sont présentées sous la forme d’une fenêtre intuitive qui comprend des menus et des boîtes de dialogue permettant de sélectionner des actions ou des options. Cet article décrit le fonctionnement et les caractéristiques du logiciel, ainsi que son intégration avec une imprimante 3D.
Pour imprimer un objet en 3D, la première étape consiste à créer l’objet initial. Le logiciel peut importer des données d’objets 3D sous différents formats, tels que STL, OBJ et 3DS, tandis que l’utilisateur peut importer plusieurs objets simultanément ou dupliquer plusieurs fois un même objet, le logiciel se chargeant de vérifier qu’il n’y a pas de chevauchement entre eux. La Figure 1 (a) représente un objet importé, avec l’interface principale du logiciel.
La deuxième étape a pour but de modifier le (ou les) objet(s) conformément aux spécifications de l’utilisateur à qui le logiciel fournit un jeu d’actions complet accessible par l’intermédiaire du menu déroulant Edit (modifier) et des touches de raccourci représentées en haut de la Figure 1 (a). Un espacement de la grille (grid spacing) peut être superposé à la plate-forme de création, l’utilisateur pouvant contrôler la taille des cases de la grille afin de modifier la résolution de l’objet et la taille minimale des caractéristiques. À l’aide de la souris et des menus, l’utilisateur peut faire pivoter, traduire et modifier l’échelle de l’objet, le visualiser à partir de différents points de vue, et effectuer un zoom avant ou arrière. Le cas échéant, des supports peuvent être créés et placés manuellement par l’utilisateur, le logiciel pouvant choisir de façon autonome le nombre de supports, leur emplacement et autres propriétés. Le logiciel permet d’imprimer des objets solides et en treillis (lattice-filled), et peut effectuer toutes les opérations simultanément sur plusieurs objets, réduisant considérablement les délais de modification.
Une fois ces modifications accomplies, la troisième étape consiste à découper l’objet en couches individuelles qui seront imprimées. Dans la première partie de ce processus, l’utilisateur peut spécifier différents paramètres par l’intermédiaire du menu de la couche et du panneau d’édition à la droite de la Figure 1 (a). Il peut spécifier le nombre de couches ou leur épaisseur, en fonction des besoins du projet d’impression. Une fois que les paramètres de définition des couches (layering) ont été sélectionnés, le processus de stratification est lancé par pression d’un simple bouton. À ce stade, l’utilisateur accède à l’un des aspects les plus puissants du logiciel Design23DPrint. Grâce aux possibilités du logiciel Light Animator d’Optecks pour écrans 2D, l’utilisateur peut à présent visualiser chacune des couches de l’objet et les modifier individuellement, pixel par pixel.
La Figure 1 (b) illustre cette capacité, l’utilisateur ayant effectué un zoom avant sur une section de l’objet. La grille visible à l’intérieur de la zone blanche (à imprimer) représente les différents pixels en forme de losange de la matrice DMD DLP4500 utilisée dans la présentation. L’utilisateur peut ajouter ou supprimer des détails en cliquant simplement sur le miroir concerné pour modifier son paramétrage. Il peut ainsi modifier tous les éléments (artefacts) indésirables du processus de stratification, ajouter à sa guise des détails supplémentaires, veiller à ce que les moindres détails soient imprimés correctement, et même modifier la nature de la structure interne en treillis d’un objet cadre (frame object). Un tel niveau de contrôle n’est pas disponible dans d’autres logiciels du commerce. Avec d’autres offres logicielles, l’utilisateur doit attendre que le produit soit imprimé pour observer d’éventuelles erreurs, avant de revenir au système ou au logiciel qui a généré les données de l’objet pour tenter d’apporter les corrections à l’intérieur du programme et relancer une nouvelle impression. Cette opération fastidieuse disparaît totalement avec ce logiciel.
La dernière étape du processus d’impression consiste à assurer l’interfacer avec l’imprimante 3D, et notamment la carte électronique, afin d’assurer que l’objet est imprimé correctement. Le logiciel propose deux méthodes d’interfaçage avec l’imprimante. Tout d’abord, le logiciel pilote directement tous les aspects de l’imprimante, dont les signaux de commande du moteur d’entraînement de la plateforme, la synchronisation (timing) et le séquençage du processus d’impression, en plus de fournir les informations concernant les couches à la matrice DMD.
Dans la seconde méthode, qui est utilisée dans la présentation, le logiciel fournit des données relatives aux couches et les paramètres de création au système de commande dont dispose déjà l’imprimante, permettant à ce système de générer tous les signaux de contrôle interne. Le logiciel peut s’interfacer avec de nombreux produits existants en utilisant des puces DLP et ajuster le rapport d’aspect et autres paramètres correspondant aux couches en fonction de la matrice DMD utilisée. Le logiciel permet aux utilisateurs de développer des modules d’interface dans le logiciel qui formate les données d’objet selon les spécifications du fabricant de l’imprimante sans qu’il soit nécessaire d’effectuer des changements dans d’autres parties du logiciel. Cette approche a été utilisée lors de l’interfaçage avec l’imprimante employée pour tester les capacités du logiciel. L’objet représenté en Figure 1 (a) a été imprimé correctement avec les rapports d’aspect correspondants et sans erreur visible.
(a) (b)
Figure 1. Les captures d’écran de la fenêtre principale du logiciel (a) affichant un objet importé, et le panneau d’édition et les outils pour une seule couche (b). La grille comprend les pixels en losange du module d’évaluation DLP LightCrafter 4500. Les menus et les boutons associés aux opérations les plus courantes sont situés en haut, les options associées à l’impression et aux couches se trouvent dans le panneau, à droite.
Le logiciel décrit dans cet article étend considérablement la maîtrise du processus d’impression 3D et rend l’impression 3D accessible à une plus large gamme d’utilisateurs. Les futures versions du logiciel devraient permettre à l’utilisateur de contrôler la texture, les variations de dimensions (feature size) en différents points de l’objet, ainsi que de découpler les dimensions et la taille de l’objet en association avec des systèmes optiques et électroniques avancés. Ce dernier objectif permettra de lever l’obstacle selon lequel les objets haute résolution doivent être de dimensions réduites, et ainsi fournir ainsi une liberté et une variété accrues pour imprimer des objets en 3D.
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