La conception 3D

La conception 3D, ou Conception Assistée par Ordinateur (CAO), est le processus par lequel sont dessinés des objets en 3D, qui pourront ensuite être produits. Elle passe par l’utilisation de nombreux logiciels possibles, principalement différenciés par leur approche au dessin et par leur prix.

Les logiciels de conception 3D

Les logiciels paramétriques

Dans ce type de logiciel, l’objet en cours de dessin n’est pas traité comme une forme géométrique mais comme une suite d’opérations. Au lieu de garder en mémoire « un cube percé », par exemple, il gardera en mémoire « nous avons dessiné un rectangle, puis l’avons étiré pour en faire un cube, puis avons dessiné un cercle, puis l’avons étiré en négatif pour percer le cube ».
Ceci peut sembler lourd, mais l’intérêt est que l’on peut revenir à n’importe quel stade du dessin et modifier ce qu’on y a fait, et le logiciel refera toute la suite d’opérations qui s’en est suivie sur cette nouvelle base. Ceci rend les modifications en cours de conception très rigoureuses et aisées.
L’inconvénient est que ces logiciels nécessitent généralement des ordinateurs puissants et un certain niveau de compétence pour utiliser leur plein potentiel. Il est de plus beaucoup plus facile de dessiner des formes géométriques que des formes complexes et organiques ainsi.

Solidworks : la référence de la conception paramétrique, ce logiciel de Dassault est puissant, complet et intuitif. Relativement facile à prendre en main, il dispose d’une suite d’outils allant de la conception de pièce aux rendus visuels, assemblages, simulations, animations… Cela en fait le favori à date dans le domaine, et de nombreux clients professionnels exigent des fichiers dans ce format. Il souffre toutefois d’un coût prohibitif, particulièrement pour ce qui est de ses modules les plus avancés.

Solidworks

Fusion 360 : très proche de Solidworks, ce logiciel a l’avantage immense d’être gratuit dans sa forme réduite pour les hobbyistes. Un tout petit peu moins ergonomique et puissant, il lui manque certaines des fonctions les plus avancées de son grand frère. Néanmoins, le facteur prix lui donne une popularité croissante, et il ne serait pas surprenant de le voir devenir la nouvelle référence dans un futur proche. Particularité intéressante, il est entièrement basé sur le Cloud.

Fusion 360

Freecad : ce logiciel est une alternative purement gratuite et disponible en ligne aux deux principaux. Bien qu’assez limité par comparaison, ceci le rend assez populaire chez les hobbyistes.

Les logiciels de conception directe

Ce type de logiciel, contrairement aux paramétriques, traite l’objet comme un nuage de points reliés par des arêtes et des faces. Ceci peut rendre le dessin beaucoup plus simple, surtout pour des formes complexes et organiques. Il suffit en effet de manipuler des points individuels ou en groupe, jusqu’à obtenir la forme désirée. Ces logiciels sont à la fois simples à prendre en main, et très complexes à maîtriser.

Blender : probablement le logiciel le plus utilisé du marché, cette suite gratuite permet un éventail de conception extrêmement large. Dessin de pièces, rendus visuels, animations, création de jeux… Il s’agit de bien plus qu’un simple logiciel de dessin, bien qu’il puisse faire cela. Pour un débutant, il peut servir à modifier des fichiers 3D de manière plus rapide qu’avec un lourd logiciel paramétriques ; pour on expert, il pourra servir à créer des films et jeux vidéo photoréalistes.

Blender
Sketchup et Tinkercad : ces petits logiciels sont destinés aux débutants, et permettent de créer et assembler des formes géométriques simples. Gratuits et accessibles, ils sont une bonne porte d’entrée dans le domaine. Toutefois, il ne faut pas les sous-estimer : Sketchup est populaire dans le domaine de l’architecture car permettant de rapidement dessiner des maquettes de bâtiments, et Tinkercad… bon, Tinkercad est franchement pour les débutants. C’est de la pâte à modeler sur ordinateur, en gros.
 

Autocad : impossible de rédiger une liste de logiciels de conception sans passer par le plus répandu de tous, à mon grand regret. A première vue, Autocad peut sembler être un logiciel lourd, inconfortable et contre-instinctif. Mais, en y mettant l’investissement nécessaire, en persévérant pendant des mois et des mois pour le maîtriser en profondeur, on peut se rendre compte que la première vue était en fait correcte. Initialement développé en 1982 (vraiment), il n’a cessé de s’alourdir depuis sans se moderniser : seuls ceux qui ont grandi avec semblent l’apprécier. Il reste hélas un favori des grandes entreprises pour cette même raison.

Les slicers d'impression 3D

Ces logiciels, aussi appelés « Slicers » de par leur fonction principale, servent à transformer un fichier 3D (généralement .stl ou .obj) en un fichier .gcode imprimable. Pour cela, ils découpent le fichier initial en tranches horizontales (d’où leur nom), décident de la composition de ces tranches selon les réglages de l’utilisateur (épaisseurs de parois, remplissage, supports…) et rédigent une suite de commandes de déplacement et d’extrusion que l’imprimante pourra lire, tout en y associant d‘autre facteurs : température, vitesse des ventilateurs…
Ces logiciels sont généralement fournis avec toute imprimante 3D respectable, et seront alors optimisés pour la machine en question.

Slic3r : fourni avec les imprimantes Prusa et bien d’autres, ce logiciel est la base la plus commune du domaine. Relativement peu ergonomique mais très détaillé, il s’adresse aux utilisateurs aguerris. Si vous pouvez imaginer une fonction que vous aimeriez tester sur votre imprimante, vous pouvez être sûr que Slic3r aura le réglage approprié… il faut juste le trouver.

Slic3r

Cura : fourni avec les imprimantes Ultimaker, ce logiciel est plus ergonomique et instinctif, mais moins puissant : il lui manque certaines options avancées, tels que les changements de filaments programmés. Il est aussi plus lourd et lent que Slic3r.

Simplify3D : prévu pour fonctionner avec presque toute imprimante, y compris celles construites chez soi, ce logiciel est d’une grande puissance et son adaptabilité est incomparable. Il est toutefois l’un des seuls à être payant.

Les fonctions de la conception 3D

La plupart des logiciels incorporent plusieurs fonctions différentes, qui toutes ensembles composent la conception 3D. Il ne suffit pas de créer des pièces, il faut aussi les assembler pour former un produit, le tester, communiquer avec des rendus visuels…

Le dessin 3D

Étape de base de la conception 3D, et de loin la plus nécessaire, le dessin 3D consiste à créer la forme en trois dimensions d’une future pièce, qui pourra être produite par impression 3D ou tout autre moyen. La plupart des travaux de conception s’arrêtent là, mais occasionnellement d’autres étapes sont nécessaires.

Les assemblages

Quand un produit est composé de plusieurs pièces, il peut devenir nécessaire de les assembler afin de travailler sur l’ensemble, pour effectuer des mesures, des simulations… Les diverses pièces peuvent alors être jointes pour créer un fichier mixte qui donne une vraie visibilité du futur produit.

Les simulations

Il peut être nécessaire ou désiré de tester un produit avant sa réalisation, surtout quand un prototype imprimé en 3D n’est pas possible. On peut alors utiliser les outils de simulation des meilleurs logiciels (Solidworks, Fusion 360…) pour tester le comportement mécanique du produit, sa résistance à la chaleur, sa facilité de production…

Simulation d'effort

Les rendus visuels

A des fins de communication, il est souvent utile de réaliser un modèle plus beau d’un produit que le simple modèle 3D. Certains logiciels proposent alors des outils de rendu visuel, qui permettent d’associer des couleurs, matériaux, textures… à différentes pièces, et d’en faire des images en haute qualité.

Les dessins 2D

Pour certains types de fabrication (usinage, injection plastique…), il reste utile de réaliser des plans en 2D, qui peuvent comporter bien plus d’information que leur équivalent 3D. Etats de surfaces, tolérances, assemblage… tout cela peut être indiqué librement sur un plan 2D, ce qui en fait une addition très utile à une pièce en 3D.

2D milling plan