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Comme pour l'usinage, le forgeage, le moulage et l'emboutissage, l'impression 3D commence aussi par la conception de la pièce finale. Tout comme la fabrication traditionnelle, la fabrication additive s'appuie sur des modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) qui constituent le principal élément de la production de la pièce.

Exigences d'un logiciel de CAO

Si la plupart des logiciels de CAO permettent de créer des modèles destinés à la fabrication additive, assurez-vous qu’ils comprennent certaines caractéristiques et fonctions essentielles avant d'opter pour l'un d'entre eux.

Le premier aspect, et le plus important, est la capacité à générer des modèles 3D. Certains logiciels sont spécifiquement conçus pour les impressions, les dessins ou autres conceptions en 2D mais n'ont pas la capacité de générer des modèles complets. Un logiciel de CAO approprié vous permettra de modéliser des surfaces 3D de manière paramétrique ou directe, ce qui facilitera l'exportation en STL, le fichier d'impression 3D le plus courant.

La capacité d'exporter des conceptions CAO natives dans un fichier STL est nécessaire pour presque toutes les imprimantes 3D. Les fichiers STL (abréviation de "stéréolithographie") sont des traductions/exportations de modèles CAO en surfaces et plans triangulaires, généralement interprétés en code G, le langage de fabrication assistée par ordinateur (FAO) le plus largement adopté par les machines-outils automatisées. Créer un fichier STL correspondant à votre conception est essentiel à la réussite d'une impression 3D, comme nous le verrons plus en détail ci-dessous.

En dehors des deux exigences de la modélisation 3D et de la génération d'un STL, il existe de nombreux autres outils complémentaires inclus dans certains logiciels de CAO qui facilitent la préparation à la fabrication additive et permettent d'apporter une valeur ajoutée supplémentaire. Des exemples tels que 3DXpert pour SolidWorks, Netfabb pour Fusion 360, ou 3YOURMIND pour Siemens NX sont des add-ons et des plugins qui suppriment certaines des étapes de traduction, ou permettent même l'impression directe sur les imprimantes à partir des applications natives elles-mêmes.

Qu'est-ce qu'un fichier STL ?

Le fichier STL (stéréolithographie), parfois appelé "Standard Triangle Language" ou "Standard Tessellation Language", a été créé par 3D Systems en 1987 et s’est imposé comme le fichier standard pour les modèles d'imprimantes 3D dans l'ensemble du secteur. Ces fichiers sont des exportations de fichiers CAO natifs et décrivent des "surfaces triangulées brutes et non structurées par la normale unitaire et les sommets (ordonnés par la règle de la main droite) des triangles en utilisant un système de coordonnées cartésiennes tridimensionnel" [Wikipédia, "STL (file format)", 2019]. En bref, les STL sont une approximation des modèles de CAO en un ensemble de triangles, convertissant des caractéristiques telles que les splines, les p-lines, les arcs, les extrusions et les balayages, en triangles simples et composites.

Conversion d'un fichier STL

Bien que chaque logiciel de CAO dispose d'options de configuration et de fonctionnalités différentes pour l'exportation des STL, certains éléments sont communs à tous. Voici ceux auxquels vous devez prêter attention :

• Binaire / ASCII - Bien qu'il y ait une grande différence entre l'encodage des deux formats, le Binaire et l'ASCII sont fondamentalement similaires sur le plan fonctionnel, avec la réserve que les fichiers Binaires ont tendance à être beaucoup plus petits et nécessitent moins de puissance de traitement que la plupart des logiciels de préparation à l’impression. Sauf exigence particulière, le format binaire est généralement préféré en raison de la taille réduite du fichier.
• Unités - La définition du fichier STL n'inclut pas d'unités de mesure. Lors de l'exportation du modèle, il convient de tenir compte à la fois des unités de la CAO native et des unités prévues par l'imprimante/le logiciel de préparation à l’impression. La plupart des logiciels de préparation à l’impression disposent d'une configuration pour les unités, mais les déploiements les plus courants s'entendent par défaut en millimètres (mm).
• Résolution - C'est l'attribut qui varie le plus d'un logiciel de CAO à l'autre, mais en général, l'objectif est de s'assurer que les tolérances/écarts minimaux sont inférieurs à la caractéristique la plus fine que l'imprimante 3D est capable de produire. Par exemple, si la résolution la plus fine que peut produire l'imprimante 3D est de 100 microns, le fichier STL doit présenter des tolérances de 100 microns pour les diamètres, les angles, les sections de tessellation, etc.

Il existe d'autres attributs (par exemple, la couleur peut être incluse dans les STL), mais les points ci-dessus sont essentiels pour générer un STL représentatif de la CAO native.

Solutions CAO pour l'industrie traditionnelle

Dans les secteurs de la fabrication, de l'ingénierie et de la conception, il existe de nombreux logiciels de CAO couramment utilisés. Certains sont spécifiques à l'industrie et au cas d'utilisation, mais beaucoup sont communs entre les secteurs verticaux et les applications. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des nombreuses applications de CAO couramment utilisées par les entreprises et les opérations de fabrication :

SolidWorks

SolidWorks, lancé en 1995 et racheté par Dassault en 1997, est l'un des logiciels de CAO les plus répandus dans les domaines de l'ingénierie, de la fabrication et de la conception. Présenté comme l'un des logiciels de CAO paramétrique les plus faciles à apprendre, SolidWorks a été utilisé par plus de deux millions d'ingénieurs et de concepteurs dans plus de 165 000 entreprises en 2013, selon l'éditeur. Outre le logiciel de CAO de base, SolidWorks propose de nombreux produits et modules supplémentaires pour la simulation, les secteurs spécifiques et le rendu/la conception graphique.

Dassault Systèmes CATIA

CATIA, créé à l'origine en 1977 comme plate-forme de conception propre à Dassault Aviation pour les applications de défense/aérospatiales, est un logiciel à l'échelle de l'entreprise très utilisé dans la conception d'équipements aérospatiaux, automobiles et industriels. Avec plus de 40 ans d'expérience, CATIA est une solution PLM mature et riche en fonctionnalités, avec une prise en charge intégrée de la CAO à la FAO.

Autodesk Fusion 360

Fusion 360, initialement publié en 2013 et édité par Autodesk, est une version de CAO centrée sur la 3D (contrairement à la version classique AutoCAD d'Autodesk) qui se différencie par une version native pour Mac OSX et Windows 7/8/10 ainsi que par des versions gratuites disponibles pour les amateurs, les étudiants et les formateurs. Tout comme l'offre de Dassault, Fusion 360 bénéficie d'un accès au reste de l’ensemble des solutions et des modules complémentaires d'Autodesk.

Creo

Creo, anciennement connu sous les noms de Wildfire et Pro/E, est l'une des premières solutions de CAO en 3D, lancée en 1987. Publié par PTC, Creo est basé sur le premier système de modélisation 3D (paramétrique) à contraintes basées sur des règles. Aujourd'hui, Creo fait partie d'une suite de 10 applications de PTC qui offrent des fonctionnalités de modélisation d'assemblage, d'analyse par éléments finis, de modélisation directe/de surface et de conception d'outillage.

Siemens NX

Siemens NX, initialement Unigraphics NX et racheté par Siemens en 2007, est une solution à l'échelle de l'entreprise qui permet non seulement la modélisation directe et paramétrique, mais aussi l'analyse technique et les fonctionnalités de FAO directement au sein d'une même solution. Outre les fonctionnalités de CAO/IAO/FAO/Simulation, NX propose de nombreux packages spécifiques à l'industrie et aux matériaux, qui permettent d'étendre l'ensemble des fonctionnalités propres à certaines applications.

Onshape

Onshape, lancé en 2015, est l'une des rares offres de CAO entièrement basées sur le SaaS (Software-as-a-Service), ce qui constitue un élément clé de différenciation dans un paysage de solutions essentiellement sur site et à forte intensité matérielle. Onshape offre un accès via un navigateur et Android/iOS, ainsi qu'une collaboration en temps réel entre plusieurs utilisateurs sur une même conception, quelle que soit la plateforme prise en charge.

Conclusion

En conclusion, les logiciels de CAO sont nombreux sur le marché en fonction de l'industrie, de la taille de l'entreprise et des fonctionnalités recherchées, mais presque tous permettent de prendre des modèles et de leur donner vie via la fabrication additive et l'impression 3D. Amateurs, étudiants ou ingénieurs en mécanique et en conception, la fabrication additive a l’avantage de permettre à tous de réaliser des pièces et des assemblages réels plus rapidement et plus facilement que jamais.