Optimiser des fichiers STL pour l'impression 3D

Les fichiers STL, également connus sous le nom de STereoLithography ou Standard Tessellation Language, sont l'un des types de fichiers les plus populaires pour l'impression 3D de modèles solides. Un fichier STL reprend les informations relatives à un modèle solide 3D créé à l'aide d'un logiciel de CAO, tel que SOLIDWORKS, et les stocke pour une utilisation ou une modification ultérieure. Après la création d'un modèle 3D, le concepteur choisira un type de fichier pour enregistrer le modèle. Un fichier STL est désigné par l'extension de fichier ".stl". Ce type de fichier est compatible avec de nombreux logiciels de CAO et peut s'interfacer avec de nombreuses imprimantes 3D et logiciels d'analyse assistée par ordinateur.

Le processus de création d'un fichier STL commence par la création du modèle solide par le concepteur CAO. La création du modèle solide implique la définition de la géométrie du composant et implique généralement une combinaison de plans, d'extrusions, de surfaces et éventuellement un enlèvement de matière stratégique.

Lorsqu'un concepteur choisit d'enregistrer un modèle solide sous forme de fichier STL (Standard Tessellation Language), la surface de l'objet est codée à l'aide d'un concept appelé tessellation, d'où la signification de l'acronyme STL. La tessellation est un concept simple qui consiste à recouvrir une surface d'un motif de formes de manière à ce qu'il n'y ait ni chevauchement ni vide. Les tessellations sont courantes dans le monde qui nous entoure, par exemple les murs en briques ou les sols carrelés ; elles peuvent être constituées de formes simples ou complexes.

Un fichier STL utilise des triangles pour réaliser des tessellations afin de transmettre des informations sur les surfaces d'un modèle 3D. Cette méthode a été découverte en 1987 par Chuck Hill. Cette découverte a été faite dans le cadre du processus de transfert des informations du fichier du système de CAO 3D au fichier de l'imprimante 3D. Il s'est avéré que les minuscules triangles, ou facettes, utilisés pour définir la surface extérieure du modèle 3D sont parfaits pour définir des surfaces simples ou complexes. Les surfaces plus complexes nécessiteront davantage de triangles pour définir leurs surfaces, car ils doivent être plus petits pour s'adapter à la courbure de chaque surface. Par exemple, un simple cube nécessitera 12 triangles alors qu'une sphère peut en nécessiter des milliers.

Selon le logiciel de CAO 3D utilisé, certains paramètres peuvent être manipulés pour modifier la taille ou la complexité du motif de tessellation afin de réduire la taille du fichier et/ou de rendre le modèle moins complexe. Consultez les instructions du fabricant de votre imprimante pour déterminer comment modifier les paramètres qui ont un impact sur les modèles de tessellation. En outre, lors de l'impression 3D de fichiers STL, il est important de prêter attention à l'épaisseur minimale des éléments qu'une imprimante 3D ou le filament de l'imprimante 3D est capable d'imprimer. Les éléments de taille inférieure ne seront pas imprimés correctement. Assurez-vous que la taille de la tessellation est appropriée pour chaque application.

Si l'objectif final de la création d'un modèle solide 3D est l'impression 3D du modèle, il faut d'abord envisager les deux méthodes de stockage des informations sur les tessellations triangulaires :

• Première méthode : codage ASCII où les coordonnées des sommets de chaque triangle sont stockées. Ces coordonnées 3D fournissent un emplacement exact pour chaque triangle, ce qui permet de sauvegarder les contours et les emplacements exacts de chaque surface.
• Deuxième méthode : codage binaire où les composantes du vecteur unitaire normal à chaque triangle sont stockées. Ce vecteur pointe vers l'extérieur de la surface, par rapport à chaque triangle.
• Comme on peut le déchiffrer, la méthode ASCII implique le stockage d'une grande quantité de données (3 ensembles de 3 coordonnées pour chaque triangle). La méthode de codage binaire est beaucoup plus compacte. La méthode de tessellation doit être choisie en fonction de la complexité du modèle solide et peut être optimisée pour réduire le temps d'impression.

Voici d'autres conseils généraux pour garantir qu'un modèle STL 3D est optimisé pour l'impression 3D ;

1. Assurez-vous que toutes les parois ont une épaisseur supérieure à zéro, car une épaisseur de paroi nulle ne peut pas être imprimée.
2. Assurez-vous que toutes les parois ont les faces nécessaires pour les définir.
3. Effectuez une optimisation de la résolution STL avant de télécharger le fichier STL vers le logiciel d'impression. En général, une surface plus lisse se traduira par un modèle imprimé en 3D plus lisse. Mais la régularité est également limitée par l'épaisseur de la couche que l'imprimante et le matériau du filament sont capables de produire.
4. Essayez de réduire la complexité des fichiers STL. Les fichiers de grande taille prennent plus de temps à imprimer et les fichiers complexes peuvent ne pas donner les meilleurs résultats. Vous pouvez y parvenir en augmentant les valeurs de tolérance des cordes et des angles.
5. N'oubliez pas que les détails qui sont plus petits que l'épaisseur de la couche ne seront pas présents sur la pièce imprimée en 3D.
6. Sautez la fonction UV et optez plutôt pour les coordonnées XYZ.
7. Utilisez la fonction de fusion pour combiner deux ou plusieurs formes primitives afin de réduire la complexité du modèle solide.
8. En règle générale, le plus petit détail d'une pièce imprimée en 3D doit être quatre fois plus grand que la hauteur de la couche.
9. Utilisez la section suivante pour corriger les erreurs courantes des fichiers STL avant d'imprimer à partir d'un fichier STL.

Les conseils ci-dessus devraient permettre d'optimiser les fichiers d'impression 3D afin de garantir une impression aussi précise que possible, en un minimum de temps.

Bien que la modélisation 3D et la génération de fichiers STL puissent sembler simples, il existe encore quelques erreurs courantes commises lors de la conception de modèles CAO, et plus particulièrement de fichiers STL. Ces erreurs dans l'étape de modélisation peuvent entraîner des défaillances dans une pièce imprimée en 3D, comme des faces manquantes, une mauvaise résolution ou des géométries incorrectes, il est donc important de les attraper avant de lancer le processus d'impression 3D.

L'une des défaillances les plus courantes dans un fichier STL est l'absence d'une figure de tessellation ou d'un triangle. Le motif de tessellation doit respecter un grand nombre de règles afin de définir avec précision les surfaces d'un modèle solide 3D. L'une de ces règles est que les triangles adjacents doivent avoir deux sommets communs. Si ces deux sommets ne sont pas partagés, il en résultera des trous dans le maillage du modèle solide. Cela se traduira par l'impression d'un modèle solide incomplet. Les lacunes ou les trous peuvent également se produire sur les bords de la pièce. Il existe plusieurs logiciels sur le marché qui prétendent réparer les problèmes de trous ou d'écarts, mais il est également possible d'y remédier en corrigeant chaque problème individuellement.

Un autre problème qui peut survenir en raison de la méthode de stockage des données de tessellation triangulaire est que les triangles individuels peuvent se chevaucher ou se croiser de manière inappropriée. Cette erreur entraîne un temps d'impression inutilement long. Ces triangles qui se chevauchent doivent être supprimés ou unifiés.

Si une méthode de codage binaire est utilisée pour créer le fichier STL et stocker les données, la direction des vecteurs normaux est essentielle pour le processus d'impression 3D. Si certains des vecteurs normaux pointent dans la mauvaise direction, l'imprimante 3D ne sera pas en mesure de déterminer correctement où se trouvent les surfaces intérieures et extérieures de la pièce et ne pourra donc pas découper et imprimer la pièce avec précision.

Le dernier problème mentionné précédemment est une tessellation trop définie ou un maillage comportant trop de triangles. Cela se produit généralement avec des formes plus complexes. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une erreur qui entraînera une impression inexacte, cela se traduira par un temps d'impression inutilement long. En outre, la plupart du temps, ces petits détails ne seront pas imprimés car un maillage trop défini a tendance à avoir des triangles dont la taille est inférieure à l'épaisseur de la couche de l'impression.

Quel que soit le problème rencontré, la méthode de résolution optimale consiste à concevoir ou à redessiner correctement le fichier CAO avec le logiciel CAO natif avant d'exporter le modèle au format STL. Assurez-vous que le fichier d'impression 3D est correct avant de lancer un travail d'impression. Vous obtiendrez de meilleurs résultats qu'en utilisant un logiciel de réparation.