FR3022052A1 - Procede de modelisation et de fabrication par imprimante 3d d’un objet comprenant un corps semi creux comportant une structure maille, systeme associe - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication à partir d'une imprimante 3D d'un objet comprenant un corps semi-creux, caractérisé en qu'il comprend : ▪ une fabrication d'un corps creux à partir d'une injection de matière définissant la surface du corps creux ; ▪ une fabrication d'une structure maillée comprenant des microstructures 3D ; une partie de la face intérieure de la surface du corps creux comprenant des points de jonction permettant de solidariser le corps creux avec la structure maillée.
Description
PROCEDE DE MODELISATION ET DE FABRICATION PAR IMPRIMANTE 3D D'UN OBJET COMPRENANT UN CORPS SEMI CREUX COMPORTANT UNE STRUCTURE MAILLE, SYSTEME ASSOCIE DOMAINE L'invention concerne le domaine de la conception et la fabrication des objets 3D par imprimante 3D. Le domaine se rapporte à la réalisation 10 d'objets complexes nécessitant une optimisation de leurs comportements mécaniques telles que leur souplesse et leur rigidité. ETAT DE L'ART Actuellement, les imprimantes 3D permettent de concevoir et de 15 fabriquer des objets pleins ou creux. En effet, Il existe des offres permettant une optimisation simple de certains objets consistant à évider un corps plein pour diminuer le coût matière et le temps de réalisation. Dans le domaine des industries majeures, la structure interne d'un objet va être optimisée par un bureau d'étude qui va réaliser une conception 20 de cette structure interne dédiée spécifiquement à l'application visée. Cette solution spécifique représente un investissement important et dédié à l'objet en question. Généralement, une étude de la répartition des efforts et de la tenue mécanique de l'objet par applications de contraintes est réalisé lors de sa conception. Le procédé de fabrication d'un objet peut nécessiter 25 différentes phases d'échanges entre une équipe charger de la conception et une équipe testant ou modélisant les efforts lors de tests sous contraintes. Ces itérations dans le domaine industriel aboutissent à la définition d'objets optimisés dans leur rapport masse/tenue mécanique et sont appropriées et dédiées à un objet en question. 30 Or dans le domaine des imprimantes 3D, lors de la conception d'un objet, les options visant à modéliser les efforts s'exerçant sur un tel objet contraint ne peuvent être réalisés lors de la conception de l'objet. En effet, les logiciels de conception d'un objet destiné à être fabriqué par une imprimante 3D ne permettent que de simples options de conception sans 35 proposer d'aborder conjointement les problématiques de modélisation des efforts d'un objet et une conception optimisée en masse répondant à une modélisation d'efforts donnée. RESUME DE L'INVENTION L'invention permet de résoudre les inconvénients précités. Un objet de l'invention est de proposer une solution générique qui va transformer l'objet en partant d'un corps plein en un corps semi-creux ou en partant d'un corps déjà creux d'élaborer une structure interne semi-creuse qui va apporter une réponse à une exigence de comportement mécanique telle que rigidité, élasticité, comportement acoustique. De fait, il est alors possible de proposer par exemple au simple moyen d'une interface WEB d'un site internet une version optimisée obtenue grâce au procédé de l'invention d'un objet tridimensionnel à réaliser en impression 3D intégrant une structure interne répondant à une exigence de comportement mécanique. Un objet de l'invention concerne un procédé de modélisation d'un objet tridimensionnel pour sa fabrication à partir d'une imprimante 3D. Le procédé comprend : ^ une première modélisation 3D d'un premier volume d'un corps creux d'un objet par sa surface et son épaisseur au moyen d'une interface utilisateur aboutissant à une structure cadre ; ^ une génération d'un second volume correspondant au volume intérieur du corps creux ; ^ une seconde modélisation 3D du second volume à partir d'un maillage généré par un calculateur et comprenant une juxtaposition d'éléments de bases ayant des sommets, la forme de chaque élément de base utilisée pour la seconde modélisation étant définie sensiblement dans une forme cubique ; ^ une sélection d'au moins un type de microstructure de base s'inscrivant dans le volume formé par au moins un élément de base, chaque microstructure de base comprenant des premiers volumes définissant des noeuds agencés de sorte à correspondre à des points remarquables d'au moins un élément de base et des seconds volumes reliant certains noeuds entre eux; ^ une troisième modélisation d'une structure maillée tridimensionnelle comportant une pluralité de microstructures d'au moins un type, chaque microstructure s'inscrivant dans une forme cubique et comportant un agencement de microstructures de base ; ^ une opération de fusion entre la structure cadre et la structure maillée 3D permettant de générer au moins un fichier de données modélisant une matérialisation 3D de l'objet à concevoir par une imprimante 3D. Un avantage de l'invention est de matérialiser une structure semi- creuse offrant une meilleure tenue mécanique de l'objet que s'il était creux tout en limitant le surplus de masse de ce dernier. Un avantage est l'utilisation d'éléments de base qui puissent servir à définir des dimensions ou des formes de microstructures tout en servant d'unité de base pour la modélisation des répartitions des efforts par exemple au moyen d'une modélisation par éléments finis. Selon un mode de réalisation, la structure maillée 3D est générée à partir du négatif de la troisième modélisation, la matérialisation de la forme fusionnée comprenant la matérialisation du volume négatif des microstructures dans le second volume. Un avantage est d'offrir deux alternatives de conception : une première alternative est réalisée au moyen d'une matérialisation positive des microstructures remplissant la partie creuse de l'objet, la seconde alternative est réalisée au moyen d'une matérialisation négative des microstructures.
Dans cette dernière alternative, ce sont les zones entre les microstructures qui sont conçues par injection de matière par la tête de l'imprimante 3D. Un avantage de la matérialisation à partir du négatif est de pouvoir définir des formes simples définissant la partie « vide » de l'objet.
Selon un mode de réalisation, une microstructure comprend une unique microstructure de base. Le procédé de l'invention permet de définir de nombreuses microstructures à partir de microstructures de base. La microstructure de base est définie par rapport à un élément de base qui peut lui-même servir d'élément fini pour une modélisation de répartition d'efforts par applications de contraintes sur l'objet. En revanche la microstructure peut comprendre une ou plusieurs microstructures de base qui sont agencés ensemble. Un avantage de la configuration du choix d'une microstructure comprenant qu'une microstructure de base est de faciliter la troisième modélisation qui comprend l'agencement de chaque microstructure les unes s par rapport aux autres. Selon un mode de réalisation, un type de microstructure est défini par un choix d'une microstructure de base, un agencement de microstructures de bases reliées entre elles par certains premiers volumes. 10 Chaque microstructure de base s'inscrit dans un unique élément de base, la microstructure obtenue s'inscrivant dans un cube de plus grande dimension. Selon un mode de réalisation, un type de microstructure est défini par un agencement d'au moins un seconde microstructure de base, une 15 seconde microstructure de base étant obtenue au moyen d'un agrandissement d'une microstructures de base et s'inscrivant elle-même dans un agrandissement (200) d'un élément de base. Un avantage est de permettre de concevoir des zones de l'objet comprenant des microstructures de même forme mais de différentes 20 dimensions. Une répartition peut être choisie de sorte à renforcer les zones de l'objet les plus fragiles ou sensibles mécaniquement. Un avantage est de bénéficier d'une même forme de microstructure, de ce fait les jonctions entre elles sont plus simples à réaliser. 25 Selon un mode de réalisation, une étape de modélisation mécanique d'une répartition d'efforts exercés sur l'objet par l'application d'au moins une contrainte permet de générer, par la méthode des éléments finis, différentes zones dans le second volume, chaque élément fini correspondant à un élément de base. 30 Un avantage est de mutualiser les modélisations de l'objet avec les mêmes éléments de base pour la matérialisation et la tenue mécanique et de limiter les calculs de modélisation un gain de temps puisque ces opérations peuvent se faire conjointement. Enfin, cela permet aux particuliers et petites entreprises de disposer d'un outil multifonctions permettant de concevoir des objets de bonne qualité puisque ayant une meilleure tenue mécanique et étant optimisé en masse. Un autre avantage est de proposer dans un même outil, une puissance de calcul permettant d'offrir les deux fonctions : modélisation de la s tenue mécanique, modélisation de la matérialisation de l'intérieur de l'objet et génération d'un fichier 3D pour l'imprimante 3D Selon un mode de réalisation, la troisième modélisation permet de définir une pluralité de régions volumétriques du second volume, chacune 10 des régions étant associée à une sous-structure maillée de la structure maillée, chaque sous-structure maillée comportant un type de microstructures, les différents types de microstructures s'inscrivant chacun dans un cube de mêmes dimensions. Un avantage est de concevoir des intérieurs d'objets adaptés aux 15 objets, leur fragilité, leur forme, leur tenue mécanique lorsqu'ils sont creux ou uniformément rempli avec la même microstructure. Ici, le volume intérieur de l'objet peut être segmenté en différentes régions pour optimiser la résistance de l'objet à des contraintes spécifiques. Typiquement, les bords et la surface de l'objet peuvent être renforcés alors que la zone centrale du volume creux 20 peut être allégée en masse. Le procédé de l'invention permet une véritable adaptation de l'optimisation tenue mécanique/masse de l'objet à sa forme, ses dimensions, ses matériaux de bases, etc. 25 Selon un mode de réalisation, la définition des régions associées aux sous-structures maillées est réalisée par association desdites régions aux zones générées par l'étape de modélisation mécanique. Ceci permet une véritable adéquation entre la modélisation de la tenue mécanique et la matérialisation de l'intérieur du volume de l'objet comprenant les différents 30 types de microstructures. Selon un mode de réalisation, les microstructures du premier type adjacentes aux microstructures du second type sont fixées entre elles par au moins un de leurs premiers éléments. Ce choix de conception de jonction des différentes microstructures permet d'économiser de la masse, puisque des volumes occupés sont mutualisés par deux microstructures. Selon un mode de réalisation, chaque microstructure 3D forme un s polyèdre, deux microstructures adjacentes de la structure maillée étant jointes par au moins un de leur premier volume. Un avantage de la forme polyèdre est qu'elle peut se décliner de différentes formes possibles. Cela permet de stocker un grand nombre de types de microstructures différentes par la définition simple des formes en choisissant des sommets, des noeuds 10 et des arêtes permettant d'obtenir de nombreuses combinaisons. Le polyèdre permet par ailleurs de définir de nombreuses formes homothétiques à celle de structures atomiques de cristaux. Ces formes présentent des intérêts notamment du point de vue de la tenue mécanique de la microstructure et donc à fortiori de l'objet conçu comprenant de telles 15 microstructures. Selon un mode de réalisation, les premiers volumes sont conçus sous forme de sphères pleines ou creuses et les seconds volumes sont conçus sous forme de cylindres plein ou creux. Un avantage est de simplifier 20 la modélisation des formes des microstructures de base et donc des microstructures. Selon un mode de réalisation, chaque microstructure 3D comprend des troisièmes volumes formants des faces polygonales ayant une 25 épaisseur donnée, chaque microstructure s'inscrivant alors également dans une forme tétraédrique. Un avantage est de permettre de séparer le volume matérialisé par les microstructures de celui du volume entre les microstructures notamment par exemple pour injecter un second matériau ou un fluide ou un gaz. Les microstructures peuvent également dans ce cas 30 définir des formes fermées qui peuvent être étanche ou renfermé un autre matériau ou un fluide ou un gaz. Selon un autre mode de réalisation, chaque troisième volume comprend une lumière.
Selon un mode de réalisation, les points remarquables des éléments de base sont choisis parmi les sommets d'un cube, les centres des faces d'n cube ou le centre d'un cube. Un avantage est de bénéficier de nombreuses formes différentes de microstructures qui peuvent être définies ainsi dans une bibliothèque de données accessible à un utilisateur lors de la conception. Cela permet de définir des microstructures simplement. Selon un mode de réalisation, chaque microstructure est sensiblement un homéomorphe d'une structure atomique cristalline, la forme obtenue comprenant au moins une microstructure de base.
Selon un mode de réalisation, une microstructure de base comprend : ^ soit un ensemble de 4 premiers volumes confondus avec 4 sommets d'un cube avec d'une part deux premiers volumes diamétralement opposés dans une première face du cube et deux autres premiers volumes opposés de la face parallèle à la première face, le premier segment reliant deux premiers volumes d'une face étant non parallèle avec le segment reliant les deux autres premiers volumes, et un premier volume central située au centre du cube, ladite microstructure comprenant 4 seconds volumes reliant le premier volume central auxdits 4 autres premiers volumes ; ^ soit un ensemble de 8 premiers volumes confondus avec les sommets d'un cube et un premier volume central, ladite microstructure comprenant 8 seconds volumes reliant le premier volume central auxdits 8 autres premiers volumes. Selon ce précédent mode de réalisation, dans une variante de réalisation, un type de microstructure comprend un agencement d'un multiple de 4 microstructures de base, ledit agencement étant inscrit dans un volume cubique qui est un agrandissement d'un facteur multiple de 8 du cube dans lequel s'inscrit la microstructure de base. Selon un mode de réalisation, la forme géométrique 3D des 35 premiers volumes est une sphère ou un polyèdre ou un octaèdre tronqué.
Selon un mode de réalisation, la troisième modélisation comprend un paramétrage de l'épaisseur séparant deux surfaces extérieures de deux premiers volumes adjacents d'une microstructure.
Selon un mode de réalisation, le corps creux est un profilé dont la section a une forme cylindrique, ovale, carré, ou rectangulaire. Selon un mode de réalisation, le corps creux et la structure maillée sont fabriquées simultanément par injection couche par couche de matière à partir d'une imprimante 3D. Un autre objet de l'invention concerne un procédé de fabrication à partir d'une imprimante 3D d'un objet comprenant un corps semi-creux. Le procédé de fabrication comprend une fabrication conjointe : ^ d'une structure cadre comportant un corps creux ayant une épaisseur prédéfinie ; ^ d'une structure maillée comprenant des microstructures 3D ; Une partie de la surface intérieure du corps creux comprend des points de jonction permettant de solidariser la structure cadre avec la structure maillée. Un avantage du procédé de fabrication de l'invention est qu'elle offre une possibilité de fabrication de chaque partie de l'objet dans la même opération par l'imprimante 3D. Selon une possibilité, l'imprimante 3D injecte de la matière dans la partie formant la partie extérieure de l'objet et notamment dans son épaisseur et injecte une matière dans la partie semi- creuse comprenant la matérialisation d'un maillage réalisé par les microstructures. Selon un mode de réalisation, une étape d'injection d'une matière, d'un gaz ou d'un fluide est réalisée : ^ soit à l'intérieur des microstructures fermées comportant des troisièmes volumes ; ^ soit ou dans des premiers volumes creux ou des seconds volumes creux d'une pluralité de microstructures; ^ soit dans la région de la structure maillée séparant les microstructures entre elles.
Avantageusement, le procédé de fabrication est réalisé à partir d'un fichier comprenant les données de modélisation matérialisant l'objet semi-creux comprenant les microstructures. Le fichier est obtenu grâce au procédé de modélisation de l'invention.
Un autre objet de l'invention concerne un système d'aide à la conception d'un objet tridimensionnel à distance comprenant : ^ au moins une mémoire distante stockant une bibliothèque de types de microstructures ; ^ une interface utilisateur pour : ^ transmettre un ensemble de données modélisant un objet tridimensionnel ; ^ définir des options de conception dudit objet tridimensionnel, les dites options comprenant au moins un choix d'au moins une zone dudit objet et au moins un premier type de microstructures ; ^ au moins un calculateur distant pour générer une modélisation d'un objet semi creux comprenant un premier maillage matérialisant une zone intérieure de l'objet avec au moins des microstructures du premier type. Selon un mode de réalisation, le système comprend : ^ au moins un calculateur distant pour générer une modélisation d'une répartition d'effort par application d'au moins une contrainte sur la modélisation de l'objet semi creux comprenant un maillage matérialisant une zone intérieure de l'objet avec au moins des microstructures du premier type ; ^ une interface utilisateur pour : ^ modifier le choix de conception ; ^ valider la génération d'une seconde modélisation de l'objet semi creux comprenant un second maillage effectuée par le calculateur distant. Un avantage d'un tel système est qu'il permet à un utilisateur de transférer un ensemble de données modélisant un objet tridimensionnel, par exemple au moyen d'un fichier prévu à cet effet et compatible d'une -10- imprimante 3D, à un serveur. Un opérateur ayant accès à ce fichier à distance peut engager la fabrication dudit objet. Un avantage est de permettre à l'utilisateur de tester différentes configurations de la matérialisation 3D selon un objectif d'un ratio de tenue mécanique / masse désiré. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : ^ figure 1 : des étapes d'un procédé de conception assistée par ordinateur pour la fabrication à partir d'une imprimante 3D d'un objet , ^ figure 2 : une vue en perspective d'un objet semi-creux comportant une structure maillée et réalisé selon le procédé de l'invention ; ^ figure 3 : une coupe d'un objet semi-creux comportant une structure maillée et réalisé selon le procédé de l'invention ; ^ figure 4 : une coupe d'un objet semi-creux comportant une structure maillée ayant deux types de microstructures et réalisé selon le procédé de l'invention ; ^ figure 5 : une vue en perspective d'un objet semi-creux comportant une structure maillée ayant deux types de microstructures et réalisé selon le procédé de l'invention; ^ figure 6 : une coupe d'un objet semi-creux comportant une structure maillée ayant trois types de microstructures et réalisé selon le procédé de l'invention ; ^ figure 7 : une vue en perspective d'un objet semi-creux comportant une structure maillée ayant trois types de microstructures et réalisé selon le procédé de l'invention; ^ figure 8: une jonction de deux sous-structures maillées comprenant des microstructures de différents types ; ^ figure 9: un élément de base de forme cubique comprenant différents points formant des noeuds ; ^ figure 10: une première forme de microstructure selon le procédé de l'invention ; ^ figure 11: une seconde forme de microstructure selon le procédé de l'invention ; ^ figure 12: un troisième forme de microstructure selon le procédé de l'invention ; ^ figure 13: un quatrième forme de microstructure selon le procédé de l'invention ; ^ figure 14: une portion d'une sous-structure maillée comportant une troisième forme de microstructure ; ^ figure 15: une cinquième forme de microstructure selon le procédé de l'invention ; ^ figure 16: un assemblage de microstructures de base pour former une microstructure d'un premier type selon le procédé de l'invention ; ^ figure 17: un assemblage de microstructures de base pour former une microstructure d'un second type selon le procédé de l'invention; ^ figure 18: un exemple d'une autre forme de microstructure selon le procédé de l'invention ; ^ figures 19 à 23 : des exemples d'une autre forme de microstructures s'inscrivant selon une forme tétraédrique dans un cube selon le procédé de l'invention; ^ figure 24: un exemple de forme d'une microstructure réalisée par une matérialisation en négatif selon le procédé de l'invention ; ^ figure 25 : un paramétrage permettant de déterminer l'épaisseur d'une microstructure réalisée en matérialisation négative selon l'invention ; ^ figure 26: un exemple de forme d'une microstructure réalisée par une matérialisation en négatif selon le procédé de l'invention ; ^ figure 27: un assemblage de microstructures réalisé par une matérialisation en négatif selon le procédé de l'invention ; ^ figure 28: un exemple de forme d'une microstructure réalisée par une matérialisation en négatif selon le procédé de l'invention ; ^ figure 29 : deux exemples de types de microstructures générées dans une structure maillée de l'invention ;35 -12- ^ figure 30: deux autres exemples de types de microstructures générées dans une structure maillée de l'invention ; ^ figures 31, 32, 33 : des exemples d'assemblage de microstructures dans une structure maillée de l'invention ; ^ figures 34, 35 : un exemple de réalisation de moule de forme tétraédrique selon le procédé de l'invention. DESCRIPTION On appelle une « fabrication conjointe » de deux éléments, une fabrication de deux éléments ayant lieues soit simultanément, soit avec le même outil pendant une même opération. Un sommet désigne un sommet d'un cube. Un point remarquable d'un cube désigne un sommet, un centre d'une face ou le centre du cube. Un noeud désigne un point remarquable choisi d'un cube pour générer un premier volume 10 d'une microstructure de base MSB. L'invention concerne, selon un premier aspect, une méthode de conception tridimensionnelle d'un objet complexe comprenant une structure semi creuse et une structure maillée. La figure 1 représente les étapes d'une telle méthode de conception tridimensionnelle. Une étape d'une première modélisation, notée MOD 1, comprend la réalisation d'un modèle tridimensionnel, dit modèle 3D, permettant de définir ou d'acquérir un premier volume VOL 1 d'un objet. La définition de l'objet peut être effectuée à partir d'une interface par exemple d'un ordinateur comprenant une mémoire, un calculateur et un afficheur et un outil graphique permettant de définir ou modifier des formes d'un objet 3D s'affichant sur l'afficheur. L'étape MOD 1 comprend la modélisation de la surface de l'objet 3D et la définition de son volume VOL 1. En outre, l'étape MOD 1 comprend la définition d'une épaisseur du volume VOL 1 permettant de générer par soustraction un second volume VOL 2. En outre, l'étape de la première modélisation MOD 1 permet de générer une première structure STRUCT 1 volumétrique correspondant au volume d'un corps creux ayant une épaisseur donnée. -13 Le procédé comprend une étape d'une seconde modélisation, appelée MOD 2, permettant de modéliser un premier maillage tridimensionnel du volume VOL 2. Le premier maillage comprend une pluralité d'éléments de base. Selon un mode de réalisation, les éléments de base sont tous identiques. Ils peuvent être par exemple définis par des cubes comportant des sommets assemblés les uns aux autres. A titre d'exemple, une modélisation par des éléments finis peut être réalisée. Le procédé comprend alors une étape d'une troisième modélisation, appelée MOD 3, permettant de définir des premières formes volumétriques à des positions remarquables des éléments de base. Ces positions remarquables sont nommées des « noeuds ». En outre, des secondes formes volumétriques sont générées entre certains noeuds d'un élément de base ou entre des noeuds de deux éléments de base adjacents. Par exemple, les premières formes volumétriques peuvent être 15 des sphères ou des polyèdres et les secondes formes volumétriques peuvent être des cylindres ou des volumes profilés ayant une coupe polygonale. La troisième modélisation MOD 3 permet de définir les dimensions des premiers volumes et des seconds volumes formant des microstructures. La troisième modélisation MOD 3 permet de définir un 20 agencement des éléments de base ou des microstructures MS inscrites dans ces derniers ou dans une pluralité d'éléments de base. Lorsque des positions de noeuds de microstructures adjacentes sont confondus un unique premier volume commun aux deux microstructures est préférentiellement généré. 25 La troisième modélisation permet d'aboutir à une seconde structure STRUCT 2 correspondant à une structure maillée tridimensionnelle ayant un maillage de microstructures MS comprenant des sommets formant des premiers volumes et des arêtes formant des seconds volumes. La troisième modélisation est une matérialisation d'une structure 30 maillée par la génération d'un volume tridimensionnel comprenant des premiers et seconds volumes. Selon un mode de réalisation, des troisièmes volumes sont générés entre les noeuds formant des surfaces polygonales ayant une certaine épaisseur. Selon un mode de réalisation, la troisième modélisation permet de 35 définir des troisièmes volumes sensiblement plans formant des surfaces -14- polygonales reliant certains noeuds d'une microstructure MS. L'épaisseur des troisièmes éléments peut être configurée au moyen d'une interface comme les précédents paramètres. Selon un mode de réalisation, les microstructures peuvent être s des volumes fermés ou partiellement ouverts lorsque les troisièmes volumes sont ajourés. La première structure STRUCT 1 et la seconde structure STRUCT 2 sont fusionnées dans une étape notée FUSION pour former une structure 10 finale tridimensionnelle décrite dans un modèle. Le model peut être un modèle prévu pour être lu et interprété par une imprimante 3D. Le modèle 3D issu de la fusion des deux structures permet une matérialisation physique de l'objet semi creux. L'imprimante 3D par une technique de conception additive 15 d'apport de matière permet de réaliser la structure finale couche par couche. La matière peut entrer en fusion puis refroidie couche par couche ou peut être solidifiée sous l'action de la chaleur ou de la lumière. D'autres techniques d'apport de matière sont compatibles de l'invention, on cite la technique par le dépôt de matière, la technique par solidification par la 20 lumière, la technique par agglomération par collage. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'imprimante 3D peut générer un socle par exemple en cire permettant d'assurer la fabrication 3D d'un objet comportant des ouvertures ou un maillage. Le support 3D peut 25 être conçu à partir du négatif de la surface d'appui de l'objet qui est fabriqué. Selon un mode de réalisation, une étape de modélisation de contraintes permet de visualiser la répartition d'efforts obtenue sur ledit objet par application d'une ou de plusieurs contraintes appliquée(s) sur l'objet. 30 Cette modélisation de contraintes permet d'agencer différents types de microstructures selon les régions les plus contraintes et donc les plus sensibles pour renforcer l'objet fabriqué dans ces régions. -15- L'objet peur donc être modélisé au moyen d'éléments de base identiques lors de la seconde modélisation MOD 2 et être modélisé avec différents types de microstructures lors de la troisième modélisation MOD 3.
Dans la suite de la description, seront abordés au regard des figures différents types de microstructures ayant des caractéristiques propres et des avantages propres. Les microstructures sont modélisés au moyen d'agencements de microstructures de base MSB. Selon certains modes de réalisation, le maillage tridimensionnel peut être conçu de sorte à comprendre différentes microstructures. Différents types d'agencements de microstructures peuvent être générés dans le procédé de l'invention selon les objets que l'on souhaite fabriquer, la résistance, la rigidité et souplesse souhaités ou encore selon leur forme ou leur destination.
La figure 2 représente un exemple d'un objet 1 fabriqué à partir d'une imprimante 3D qui comprend : ^ une première structure 5 creuse formée d'une surface ayant une épaisseur donnée ; cette première structure peut être une tranche d'un profilé tel qu'un tube ; ^ une seconde structure 6 maillée tridimensionnelle occupant une partie du volume intérieur de la première structure 5. Les deux structures 5 et 6 sont jointes au niveau de la surface intérieure de la première structure 5 avec certains des premiers volumes 10 ou des seconds volumes 11 tridimensionnels obtenus à partir de la troisième modélisation MOD 3. Les premiers et seconds volumes peuvent être également désignés comme des premiers et des seconds éléments. La figure 3 représente une vue de coupe de la seconde structure maillée 6 occupant le volume creux laissé par la première structure 5.
Certains points de jonction 7 sont représentés sur la figure 3. Selon un mode de réalisation, la première structure 5 et la seconde structure 6 sont fabriqués conjointement, pendant la même opération de conception par l'imprimante 3D. Dans le cas d'une utilisation d'une unique matière, l'imprimante 3D 35 peut fabriquer dans une même couche des éléments de volume de la -16- première structure 5 et des éléments de volume de la seconde structure 6. La matière première peut être constituée sous forme de poudre, de résine rendue liquide ou même de cire. Tous les matériaux utilisés dans le cadre d'une imprimante 3D du commerce sont compatibles de l'invention.
Enfin, il est possible d'appliquer différentes matières par exemple pour la première 5 et la seconde 6 structure. L'imprimante 3D peut injecter la matière couche par couche en passant de la première structure 5 à la seconde structure 6 en changeant la tête d'impression ou en utilisant une même tête avec deux entrées de matière différentes.
La figure 4 représente une variante de réalisation dans laquelle la seconde structure maillée 6 comporte deux types de microstructure MS1 et MS2 modélisées au moyen de deux microstructures de base MSB. La répartition et l'agencement des deux types de microstructures peuvent être paramétrés par la définition de zones ou de régions dans lesquelles un type de microstructure est présent. Ainsi, la figure 4 représente deux régions dans le volume intérieur de la première structure représentées en coupe. Une première région volumétrique est agencée en périphérie de la seconde. Dans cet exemple, la seconde région volumétrique s'inscrit dans un profilé de section carré. La première région peut être calculée en soustrayant le volume de la seconde région au volume intérieur. Avantageusement, ces structures peuvent être jointes lors de la fabrication par des premiers volumes 10 en certains noeuds des microstructures agencées à la jonction des deux maillages.
La figure 5 représente une vue en perspective de la vue de coupe de la figure 4 dans laquelle les microstructures MS1 d'un premier type sont agencées dans la première région autour de seconde région. Les figures 6 et 7 représentent un autre mode de réalisation en vue de coupe et en perspective dans lequel l'objet comporte une structure maillée comportant trois types de microstructures MS1, MS2, MS3 dans trois régions du volume compris dans le profilé creux 5. Chaque microstructure est modélisée à partir d'une microstructure de base. Les microstructures de base MSB dans cette exemple sont obtenues par agrandissement de la microstructure de base de plus petite dimension s'inscrivant dans un élément -17- de base. L'élément de base permet notamment une modélisation par les éléments finis des répartitions des efforts lors de l'application d'une contrainte sur l'objet modélisé. Dans l'exemple de la figure 6, une microstructure du troisième type est agencée dans une troisième région centrale et s'inscrit dans un profilé dont la section est de forme rectangulaire ou carré. La seconde région est définie entre la première et la troisième région. La figure 8 représente deux types de microstructures jointes MS1 et MS2 par des premiers points de jonction inter-structure 8 reliant les premiers volumes 10 de chaque microstructure MS1 et MS2 de chaque type. Selon un mode de réalisation des seconds points de jonction inter-structure 8' peuvent être envisagés pour joindre les seconds volumes 11 de chaque type de structure par exemple en leur centre. Les points de jonction inter-structures 8 et 8' concerne la zone limitrophe entre deux régions comportant respectivement des microstructures du premier type et respectivement du second type. Dans la suite de la description, nous détaillons différents modes de réalisation concernant différentes géométries de microstructures de base MSB et de microstructures MS obtenues par agencement de microstructures de bases MSB, chacune d'elle ayant des propriétés mécaniques particulièrement avantageuse dans la conception d'objet 3D semi-creux. De manière à concevoir de telles microstructures, le procédé de l'invention permet d'utiliser une modélisation 3D définissant un maillage comprenant des éléments de base, tel que des formes cubiques, qui sont répétés dans l'espace de sorte à occuper un volume donné. L'ensemble des éléments de base répétés et juxtaposés les uns aux autres forme un réseau de points définissant le maillage.
La figure 9 représente différents éléments de base de forme cubique ayant chacun des points remarquables dont certains peuvent être choisis pour former des noeuds, c'est dire des points dans lesquels des premiers volumes 10 de microstructures de base MSB seront générés. Un premier cube 20 est formé des 8 sommets 100, un réseau 35 comprend alors l'ensemble des sommets. Lorsque deux cubes sont -18- juxtaposés, ils partagent 4 sommets en commun. Le procédé de l'invention permet de traiter chaque élément de base tout en considérant un unique point du réseau lorsque ce dernier correspond à différents sommets. Ceci permet notamment de ne générer qu'un seul premier volume 10 partagé par 5 deux microstructures de base MSB ou deux microstructures MS adjacentes. Un second cube 20 est formé des 8 sommets 100 et d'un point central 101, le maillage comprend l'ensemble des sommets de tous les cubes au traitement près des doublons et des centres de chaque cube. Un troisième cube 20 est formé des 8 sommets 100 et des points 10 centraux 102 de chacune de ses faces. Au total 14 points d'un cube sont pris en compte. Le réseau est formé de l'ensemble des points d'une pluralité de cubes juxtaposés entre eux au traitement des doublons près. D'autres variantes peuvent être considérées comme un cube ne comprenant que les points centraux de chacune de ses faces par exemple. 15 Une première solution pour réaliser une structure maillée 3D de microstructures comprend l'exploitation d'un réseau maillé réalisé par exemple au moyen d'éléments de bases tels que des cubes pour matérialiser une structure maillée 3D dans la cavité creuse d'un corps d'un objet. 20 Une façon privilégiée de concevoir cette structure maillée 3D repose sur l'exploitation du positionnement structuré de noeuds d'un réseau analogue à la disposition des atomes d'un cristal par exemple. Ce faisant on bénéficie d'assemblage particulièrement résistance avec des tenues mécaniques importantes par exemple dans la définition de 25 microstructure formant des polyèdres. Ces microstructures permettent de bénéficier de propriétés physico-chimiques analogues à celles des cristaux. Les structures des cristaux comportent notamment les structures cubiques simples, cubiques centrées, cubique à faces centrées comme 30 définis précédemment. Un avantage de la réalisation d'une structure maillée de l'invention est de mutualiser par exemples un maillage permettant d'effectuer des calculs de résistance des matériaux notamment par éléments finis et de 35 définir des microstructures dans les mêmes éléments de base. -19- Cette double fonction de la modélisation de la cavité creuse permet de dimensionner au juste nécessaire chaque maille réalisée sous forme d'une ou de plusieurs microstructures adaptées à la tenue mécanique souhaitée. s Matérialisation positive Un premier mode de réalisation de l'invention est appelé « matérialisation positive » du maillage et vise à définir des premiers et des second éléments respectivement en certains sommets du réseau et entre certains sommets du réseau. 10 On définit alors les noeuds d'un réseau maillé les points du réseau qui sont utilisés pour définir des premiers éléments 10 de microstructures, c'est-à-dire des premiers volumes. On parle indifféremment de « microstructure MS » ou de « microstructure de base MSB », lorsque chaque microstructure MS 15 comprend qu'une seule microstructure de base MSB, c'est le cas notamment des figures 10 à 15. La figure 10 représente une microstructure MS comportant des premiers éléments 10 et des seconds éléments 11 formant respectivement des premiers et seconds volumes. Dans cet exemple, chaque sommet du 20 cube 20 est un noeud de la structure maillée 3D et comporte un premier élément 10. Le centre 14 du cube 20 est également un noeud du réseau et comporte donc également un premier élément 10. Chaque premier élément 10 situé au sommet du cube 20 est relié par un second élément 11 correspondant à un second volume. 25 Dans une variante de réalisation, les premiers éléments peuvent être des sphères ou des cubes ou toute autre forme présentant un volume. Les seconds éléments 11 peuvent être des cylindres ou des profilés dont la section forme un polygone. La figure 11 représente une autre manière de percevoir les 30 microstructures de la figure 10 générés dans un maillage tridimensionnel comportant des cubes. Cette microstructure MS peut être perçue comme deux moitiés de microstructures définies respectivement dans deux cubes juxtaposés partageant une même face. - 20 - Les premiers éléments peuvent selon une variante de réalisation être des éléments creux comme des sphères creuses ou des éléments pleins comme des sphères pleines ayant pour centre les noeuds du réseau maillé. Une façon de les relier les matérialisations des premiers éléments s comprend la modélisation et la fabrication de micro-barres correspondant aux arêtes reliant les noeuds. Les seconds éléments peuvent être des corps creux ou pleins comme par exemple des formes cylindriques pleines ou creuses de façon analogue à la représentation faite de la structure atomique d'un matériau 10 cristallin. Les seconds éléments forment alors des arêtes des microstructures MS. La figure 11 représente une microstructure formant un octaèdre qui est construit par association de deux moitiés de microstructures MS de la figure 10, les microstructures étant chacune inscrite dans respectivement 15 deux cubes juxtaposés. La figure 12 représente un mode de réalisation dans lequel des troisièmes éléments 12 sont générés dans chaque microstructure MS. Selon un exemple de réalisation, les troisièmes éléments sont des 20 faces polygonales ayant une certaine épaisseur de sorte à les matérialiser. Les microstructures prennent alors la forme de polyèdres géométriques dont les sommets sont des noeuds du réseau. Ces faces peuvent être matérialisées complètes ou ajourées comme cela est représenté à la figure 13. Des lumières 13 permettent de 25 former des ouvertures de formes souhaitées à travers une partie des faces 12. Dans ce cas, les faces sont ajourées en leur centre, par exemple, par un évidement obtenu par affinité du périmètre de la face, par exemple au titre d'une optimisation de matière ou simplement pour éviter de créer des alvéoles complètement étanches. Cela peut concerner l'objet dans son 30 application mais aussi la fabrication elle-même par exemple pour l'évacuation de matière après la fabrication de l'objet, telle que de la cire ou pour la récupération de matière. Lorsque les faces 12 sont complètes, c'est-à-dire non ouvertes, elles permettent de définir des microstructures complètement fermées - 21 - présentant des propriétés intéressantes notamment pour remplir la cavité de la microstructure d'une autre matière ou pour les rendre étanche. La figure 14 représente un exemple de structure maillée 6 s comportant une pluralité de microstructures MS telles que définies précédemment. La modélisation 3D utilise des cubes 20 formant des éléments de base appelée structure cubique centrée dont le centre est reliée à l'ensemble des huit sommets du cube. Les microstructures prennent la forme dans chaque cube d'ensemble de six demi-octaèdres qui forment en 10 juxtaposant ces structures des octaèdres complets tels que représentés à la figure 14. La figure 15 représente variante intéressante de la matérialisation d'une microstructure en positif. La microstructure MS représentée peut être 15 décrite au regard de la microstructure de la figure 10 à laquelle on a retiré des premiers éléments à certains sommets du cube 20. La microstructure MS s'inscrit dans une forme tétraédrique et une forme cubique. Deux éléments 10 de la microstructure MS sont situés au niveau de deux sommets opposés d'une même première face F1 du cube 20. 20 Deux autres sommets du tétraèdre sont disposés à des sommets diamétralement opposés entre eux d'une seconde face F2, la seconde face F2 étant en opposition de la première face F1 du cube 20. Le tétraèdre est tel que l'axe S1 reliant les premiers éléments 10 de la seconde face F2 est perpendiculaire à l'axe S2 reliant les deux premiers éléments 10 de la 25 première face F1. Cette microstructure MS présente l'intérêt d'avoir de bonnes propriétés de tenues mécaniques et une masse faible. Ainsi une structure maillée 6 dans laquelle une microstructure s'inscrit dans un cube formant un élément de base de la modélisation numérique 3D permet de créer des 30 objets semi-creux ayant une bonne tenue mécanique tout en étant extrêmement léger vis-à-vis d'une solution pleine par exemple. Cette microstructure MS remplit partiellement un élément de base de forme cubique en reliant uniquement 4 sommets sur 8 par l'agencement d'un seul tétraèdre. -22- Les figures 16 et 17 représentent une combinaison de microstructures tétraédriques de base MSB reliées entre elles et remplissant un cube 20 d'un plus grand volume que le cube comprenant chaque microstructure tétraédrique de base MSB. La moitié des sommets du cube 20 sont occupés par un premier volume 10. On retient également que le centre de chaque face du cube comprend un premier volume 10. Dans cette configuration le centre du cube 20 ne comprend pas de premier volume 10. La microstructure obtenue comprend 4 microstructures de bases MSB. Cette microstructure MS correspond à la structure cristalline du diamant qui présente une tenue mécanique avantageuse. Le procédé de l'invention permet donc à partir d'un agencement donné de microstructures de bases MSB de former des microstructures MS plus complexes et s'inscrivant toujours dans un cube. Un intérêt est de disposer de différentes solutions de microstructures pouvant être choisies selon le rapport tenue/ masse souhaitée tout en disposant d'un maillage formé d'éléments de bases de forme cubique. En effet, le maillage par des éléments de bases cubiques permet de faciliter la modélisation 3D et les calculs de répartition d'efforts lors de l'application d'une contrainte.
La figure 18 représente une autre variante d'une microstructure inscrite dans un cube 20 comprenant 8 microstructures de base MSB. Cette microstructure MS s'inscrit dans un cube à faces centrées 20. Tous les sommets du cube 20 comprennent un premier élément 10. Chaque centre de chaque face comprend un premier élément 10.
Cette variante permet d'obtenir une solution alternative présentant un autre ratio entre la tenue mécanique et la masse souhaitée d'une structure maillée 6. Dans les précédentes solutions détaillées, les seconds éléments 11 peuvent être de forme cylindrique ou toute autre forme allongée dont la 30 section peut par exemple formée un polygone. La figure 19 représente une alternative d'une microstructure comportant 5 premiers éléments s'inscrivant dans une forme tétraédrique dont 4 premiers éléments 10 sont positionnés à des sommets de la forme 35 tétraédrique et un premier élément 14 est situé au barycentre du tétraèdre. - 23 - Les premiers éléments 10 sont liés par des seconds éléments 11 par exemple de forme cylindrique entre chaque premier élément 10 situé au sommet du tétraèdre et le premier élément central 14. Il existe une pluralité de cubes dans lesquels une forme tétraédrique telle que représentée à la figure 19 peuvent s'inscrire. De ce fait, une microstructure MS telle que représentée à la figure 19 peut bénéficier d'une modélisation 3D à partir de cubes. La figure 20 représente une alternative de microstructure MS comportant 4 premiers éléments inscrits dans une forme tétraédrique, elle- même possiblement inscrite dans une forme cubique. Les seconds éléments 11 sont matérialisés entre chaque sommet de la forme tétraédrique. La figure 21 représente une autre variante d'une microstructure MS comportant 5 premiers éléments 10 s'inscrivant dans une forme tétraédrique. La microstructure MS obtenue peut être une combinaison des deux microstructures des 17 et 18. La microstructure comprend un premier élément situé au barycentre du tétraèdre et 4 premiers éléments situés aux sommets du tétraèdre. Des seconds éléments relient chaque premier élément selon les arêtes du tétraèdre et entre les sommets et le barycentre du tétraèdre. Au total dans cette variante, la microstructure MS comprend 10 seconds éléments 11, par exemple ayant une forme cylindrique. La figure 22 représente une autre variante dans laquelle la microstructure comprend des troisièmes éléments représentant des polygones ayant chacune une épaisseur donnée et correspondant aux faces du tétraèdre. Dans ce mode de réalisation, au total 4 troisièmes éléments peuvent formés une microstructure fermée. Cette variante peut être combinée aussi bien avec la microstructure de la figure 20 ou de la figure 21. La figure 23 représente une autre variante dans laquelle les troisièmes éléments 12 sont ajourés, par exemple en leur centre. La surface ajourée 13 peut être obtenue par exemple par une homothétie de la surface polygonale formant les troisièmes éléments 12.35 - 24 - Matérialisation négative Un second mode de réalisation de l'invention est appelé « matérialisation négative » du maillage et vise à définir des premiers et des second éléments à partir du négatif de volumes agencés en certains points du réseau. Ces volumes, comme précédemment définis, peuvent s'inscrire dans un cube ou une pluralité de cubes juxtaposés formant un cube de plus grande dimension. On modélise un volume à chaque noeud du réseau. Les noeuds sont dans ce cas les points du réseau dans lesquels des volumes 21, 22 sont modélisés par exemple par des sphères. Les noeuds du réseau peuvent être des sommets des cubes, ou des centres des faces du cube ou encore les centres des cubes. La définition de volumes aux noeuds du réseau permet de définir un volume résiduel 30 en négatif. Le volume résiduel 30 est ensuite matérialisé de sorte à définir des microstructures juxtaposés les unes aux autres. On rappelle que le cube est un élément de base de la modélisation CAO qui permet de définir des formes volumétriques pour la conception de microstructures tridimensionnelles en positif ou en négatif comme dans ce second mode de réalisation.
La modélisation du volume permet de définir des sphères creuses comme représentées à la figure 24 ayant pour centre les noeuds du réseau. Le procédé de l'invention permet de configurer un rayon des sphères adapté de ces sphères de sorte à obtenir un volume résiduel dans chaque cube conforme aux exigences de contraintes mécaniques de la structure maillée 6. Dans l'exemple de la figure 24, la modélisation à partir d'élément de base formant des cubes centrés permet d'obtenir un bon compromis de résistance mécanique et de poids de la structure maillée 6. Le choix du rayon d'une sphère permet de définir une épaisseur de matière souhaitée entre deux sphères adjacentes, c'est-à-dire dans le voisinage immédiat d'une sphère à l'autre. La diagonale d'un cube 20 d'arête de dimension « a », est cette dimension de l'arête multipliée par la racine carrée de 3. La distance entre le centre du cube d'arête 1 et chacun de ses coins est la moitié soit a x I3/2. Le diamètre de la sphère creuse est donc la - 25 - valeur \3/2 x la dimension de l'arête du cube diminuée de l'épaisseur de matière souhaitée. La figure 25 représente le mode de calcul de l'épaisseur entre deux sphères permettant de définir une microstructure par le négatif de la forme volumétrique conçue en 3D. La configuration de l'épaisseur inter- sphère est déterminée en fonction des tenues mécaniques souhaitées de la structure maillée 6. On comprend un intérêt immédiat de l'usage de la modélisation 3D par des éléments finis notamment en confondant les dimensions des éléments correspondent à des éléments de base des éléments finis utilisés pour définir les cubes dans lesquels s'inscrivent les microstructures. En utilisant la méthode des éléments finis pour modéliser les répartitions de contraintes par applications d'une ou de plusieurs contraintes sur la structure maillée 6 ou l'ensemble du corps semi-creux comprenant le corps creux 5 et la structure maillée 6, on directement en déduire une configuration souhaitée du dimensionnement des volumes aux noeuds du réseau. Ceci est applicable à la matérialisation en positif des microstructures de la structure maillée. Ainsi, selon la répartition des efforts obtenus par l'application d'au moins un contrainte sur une modélisation par CAO, le procédé de l'invention permet de définir différentes zones dans lesquelles les microstructures peuvent être de différents types. Le volume modélisé à chaque noeud peut être ajusté en fonction de cette répartition d'efforts. Enfin comme, il est détaillé ci-après les dimensions des microstructures peuvent également être adaptées selon la modélisation de la répartition des efforts sur le corps semi- creux. Selon une variante de réalisation, Il est possible pour optimiser la quantité de matière restante de substituer à la simple sphère creuse un octaèdre tronqué creux 24 tel que représenté à la figure 26. L'octaèdre tronqué creux 24 peut être sensiblement de même volume qu'une sphère mais avec des épaisseurs de cloisons en moyenne plus minces lorsque le volume négatif est fabriqué. La figure 27 représente un cas d'exemple d'une pluralité de volumes formant des octaèdres creux disposés sur deux sommets diamétralement opposés d'un cube 20 et d'un octaèdre agencé au centre du cube 20. Les dimensions des octaèdres sont configurées pour -26- obtenir une épaisseur souhaitée entre deux volumes adjacents. Dans le cas de la figure 27, les octaèdres sont quasiment accolés ne laissant qu'une fine épaisseur de matière définissant des microstructures réalisés en négatif. s On définit ainsi une microstructure MS formant un polyèdre de coordination et décrivant des liaisons entre les noeuds du réseau. D'une façon plus générale, il est possible de créer une cavité autour du noeud du réseau par la matérialisation du polyèdre de coordination d'une structure analogue à la structure atomique d'un cristal dont on cherche 10 l'analogie. La figure 28 représente une variante de réalisation dans laquelle un volume est formé à partir d'un système tétragonal centré formant un dodécaèdre rhombo-hexagonal. Ce volume permet de produire une structure empilable qui répond également aux caractéristiques de l'invention qui peut 15 être utilisée pour une matérialisation positive comme négative. Une telle structure peut être adoptée par affinité de l'ordre de 87% pour s'inscrire sensiblement dans le volume d'un cube. Différents type de microstructures dans la structure maillée 20 Le procédé de l'invention permet de bénéficier de différents types de microstructures MS1, MS2, au sein de la structure maillée 6 comme cela a été décrit aux figures 4 à 8. La structure maillée 6 est donc dans ce cas formée de différentes sous structures maillées jointes entre elles. L'agencement des sous-structures maillées peut résulter d'une cartographie 25 d'une répartition d'effort après application de contraintes pour dessiner des régions dans lesquelles un renfort de structure est nécessaire. Ce mode de réalisation permet l'optimisation du module d'inertie de l'objet complet fabriqué à partir d'une imprimante 3D. Selon un mode de réalisation, si les efforts sont plus faibles au 30 centre de l'objet, en partant de l'intérieur du corps creux 5, une première sous-structure maillée peut être plus allégée qu'en périphérie du corps creux 5. Aux abords du corps creux 5, une sous-structure maillée comportant des microstructures offrant une meilleure tenue mécanique et une masse plus importante peut être envisagée selon le procédé de l'invention. - 27 - Une première solution comprend un dimensionnement de l'épaisseur des premiers, seconds et troisièmes éléments des microstructures selon la sous-structure maillée. Cette première solution permet de générer des microstructures de même forme géométrique, s s'inscrivante toutes dans les mêmes cubes indépendamment de la sous-structure maillée. Selon ce mode de réalisation, à l'extrême limite, les microstructures peuvent être un cube plein. Une seconde solution comprend une adaptation des formes des 10 microstructures qui peuvent, selon la sous-structure maillée être générées dans des cubes de différentes tailles. Dans cette solution, le procédé permet néanmoins de définir un élément de base de forme cubique qui peut servir à construire des cubes de plus grandes tailles pour la définition de microstructures de plus grandes tailles. Un avantage de cette solution est de 15 bénéficier d'un maillage 3D homogène pour l'application d'une modélisation des éléments finis la plus simple possible. Les cubes de base formant les éléments de base peuvent être par exemple regroupés par 4, 9, 64, 125 pour former un cube de plus grande dimension dans laquelle une microstructure s'inscrive. 20 A titre d'exemple, les microstructures agencées en périphérie du corps creux 5 peuvent être de plus petites dimensions que les microstructures agencées à proximité du centre du corps creux 5. Une combinaison de la première et de la seconde solution 25 peuvent être envisagée selon le procédé de l'invention. Les microstructures de plus grandes dimensions comportent dans ce cas une épaisseur de leurs premiers, seconds et troisièmes volumes plus importante que celles des microstructures de plus petites dimensions. Il est évidemment possible de définir manuellement la variation 30 progressive de la taille de l'élément de la microstructure au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la paroi extérieure. La génération du type de microstructure peut être réalisé automatiquement en faisant varier la dimension de l'élément de microstructure par puissance de 2 selon un axe, c'est-à-dire en trois dimensions dans un rapport de taille 8. - 28 - La figure 29 représente un exemple de sous-structure maillée comportant différents type de microstructure MS1 et MS2 s'inscrivant chacune dans un cube 20 de mêmes dimensions. Chaque microstructure MS1, MS2 comprend dans cet exemple une pluralité de microstructures de s base MSB agencées dans un cube 20. A titre d'exemple, une microstructure de type MS1 comporte une combinaison de 64 microstructures de base MSB s'inscrivant chacune selon une forme tétraédrique dans un cube de base. Une microstructure de type MS2 comporte une combinaison de 8 microstructures qui sont un 10 agrandissement de la microstructure de base MSB et s'inscrivant dans un cube de plus grande dimension que le cube de base. Ainsi, dans la microstructure MS2, le cube de base est un agrandissement du cube de base de la microstructure MS1. En ce qui concerne une modélisation par les éléments finis 15 préalables, le cube de base de plus petites dimensions peut être choisi pour générer une modélisation 3D d'une cartographie de répartition des efforts. En revanche, le cube de base d'une sous-structure maillée peut être défini à partir d'une pluralité d'éléments de base de la modélisation pour définir une microstructure s'inscrivant dans ce dernier. 20 Dans cet exemple, la microstructure MS1 comporte des premiers et seconds volumes de plus fines épaisseurs que la microstructure MS2. En outre, la microstructure de base de la microstructure MS2 est obtenue par un agrandissement de la microstructure de base de la microstructure MS1. 25 Selon la sous-structure maillée envisagée, des troisièmes éléments représentant des faces polygonales d'une certaine épaisseur peuvent être générées pour renforcer la tenue mécanique de la structure maillée et de l'objet semi-creux. En présence de faces ajourées correspondant aux polygones formés par les arêtes, il est possible 30 également de dimensionner le pourcentage de la surface du polygone ajouré par rapport au polygone complet. Ces derniers modes de réalisation peuvent être dimensionnés manuellement par un opérateur un moyen d'une interface mais cette - 29 - optimisation peut être mise en oeuvre également par des moyens de calculs sollicités par un logiciel de conception assisté par ordinateur. A titre d'exemple, pour un profilé rond, il peut s'agir d'un coefficient de dimensionnement fonction de la distance à l'axe par une fonction monotone croissante telle qu'une loi linéaire ou une fonction polynomiale de degré supérieur. La figure 30 représente une autre alternative de différents types de microstructures MS1 et MS2 inscrites dans un cube 20 de mêmes dimensions. Les microstructures MS1 et MS2 comprennent chacune un agencement de microstructures de base MSB. Le cas particulier de la microstructure du second type MS2 est de comprendre une unique microstructure de base MSB dont les proportions correspondent à un agrandissement d'une microstructure de base MSB de la microstructure du premier type MS1. Le facteur d'agrandissement peut être paramétré de sorte à générer des microstructures de différents types selon différentes sous-structures maillées occupant une certaine région de la structure maillée 6 totale comme cela est représenté aux figures 4 à 7. Les exemples représentés aux figures 29 et 30 peuvent être 20 appliqués à des différents agencements de microstructures de base formant un type de microstructure particulier. De même un certain nombre de microstructure de base de même dimension peuvent être utilisé pour former une alternative d'une microstructure d'un certain type. A titre d'exemple la microstructure de la 25 figure 31 comporte deux fois plus de microstructures de bases que la microstructure du premier type de la figure 30, les microstructures de base ayant les mêmes dimensions. Les exemples représentés aux figures 29 à 31 peuvent être 30 appliqués à d'autres formes de microstructures par exemple des microstructures matérialisées en positif ou en négatif. Selon d'autres variantes de réalisation, des microstructures reposant sur des structures octaédriques peuvent également être utilisées pour définir différents types de microstructures s'inscrivant dans des cubes 35 de même dimensions. - 30 - La figure 32 représente un exemple de microstructure comprenant 64 microstructures de base MSB ayant la forme de 6 demi-octaèdres inscrits dans 64 cubes de bases.
La figure 33 représente une alternative de l'exemple précédent de microstructure comprenant 8 microstructures de base MSB ayant la forme de 6 demi-octaèdres inscrits dans 8 cubes de bases. Le cube de base de l'exemple de la figure 32 est 8 fois plus grand que le cube de base de la figure 32. Ainsi la microstructure de base de l'exemple de la figure 33 représente un agrandissement homogène de la microstructure de base de la figure 32 d'un facteur 8. Les différents types de microstructures sont combinables entre elles dans une même structure maillée 6 en définissant des zones dans lesquelles la répartition d'effort par application d'une contrainte nécessite de renforcer la tenue mécanique du corps semi creux à certains endroits selon sa géométrie. Selon un mode de réalisation, il est possible d'ajouter une règle de progressivité telle que pour substituer une microstructure d'une taille donnée à une microstructure d'une échelle supérieure, il faut qu'elle soit également contiguë à des microstructures d'échelle voisine. Par exemple, une différence d'échelle peut être configurée au plus dans un rapport de 1/2 en linéaire et dans un rapport 1/8 en volume pour pouvoir les interfacer correctement sans fragiliser l'ensemble de la liaison formée par deux sous- structures adjacentes. Le procédé de l'invention permet également d'optimiser l'interface entre deux microstructures voisines au passage du changement d'échelle de deux sous-structures maillées adjacentes présentant une interface commune. Un mode de réalisation permettant une telle optimisation est l'ajout de liaison spécifique comme représenté à la figure 8 avec les liaisons 8'. Selon un mode de réalisation, un algorithme permet de définir un point de départ d'une première microstructure pour définir des éléments de liaisons qui soient optimisées entre deux sous structures adjacentes. - 31- Selon un mode de réalisation, les différents types de microstructures peuvent comprendre des seconds éléments 11 de forme différentes, taille différente et être configurés avec une épaisseur donnée s définissant un volume creux à l'intérieur ou un volume plein. Les premiers éléments peuvent également définir des corps pleins ou creux. Par exemple, un choix peut être que pour la plus petite dimension d'un type de microstructure ou d'une microstructure de base, les sphères et 10 les cylindres soient pleins, alors qu'au fur et à mesure que l'échelle augmente il devient envisageable de les rendre creux. Le logiciel de conception assistée par ordinateur peut également intégrer une fonction d'optimisation du module d'inertie. 15 Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication d'un objet semi-creux 3D de l'invention la matérialisation d'une modélisation 3D de la structure maillée est une combinaison d'une première optimisation de l'inertie de l'objet semi-creux et d'une seconde optimisation de la géométrie de la structure maillée de l'objet semi-creux. 20 Par exemple, en partant du centre du volume de la structure maillée, une génération d'une sous-structure plus légère à grandes mailles peut évoluer vers une sous-structure maillée renforcée comprenant des petites mailles à la périphérie de l'objet semi-creux. De façon avantageuse, des instructions de codes peuvent être 25 appliquées à un logiciel de conception assistée par ordinateur déjà existant de sorte à mutualiser l'utilisation des cubes de bases comme éléments finis pour la CAO et comme cube de base pour définir une microstructure de base. Une interface peut être proposée permettant de définir : 30 ^ des fonctions d'optimisation géométrique de la taille des mailles, c'est-à-dire des éléments de bases autrement dit des cubes de base ; ^ des fonctions d'optimisation du module d'inertie et ; -32- ^ des fonctions de calculs par éléments finis du comportement mécanique global de l'ensemble des microstructures tel que conçues et dimensionnées. s Lors de la conception d'une modélisation 3D de l'objet semi-creux et de la génération d'une matérialisation des microstructures en 3D dudit objet, selon un mode de réalisation, une mémoire comprend une bibliothèque de microstructures prédéfinies qui peuvent être choisies et configurées dans des régions de la structure maillée 6. 10 La bibliothèque de microstructures peut comprendre des versions de chacune d'elles optimisées selon les profilés des corps creux, par exemples de section ronde, carrée, rectangulaire. Selon un mode de réalisation, le procédé de l'invention est 15 compatible d'une application de morphing, qui peut se présentée sous forme d'un composant logiciel. Une telle application permet d'effectuer des modifications d'une forme générale d'un volume 3D, par exemple, du corps creux et d'en générer la structure maillée adaptée et correspondante à la nouvelle forme modifiée. En outre, l'application de morphing permet selon un 20 mode de réalisation, d'adapter la bibliothèque de microstructures déjà optimisées à une forme d'un objet. Selon un exemple de réalisation, le procédé de l'invention permet de prendre en compte un coude d'un corps creux ayant un profilé circulaire. La courbure du profilé peut être appliquée au maillage tridimensionnel et à la 25 forme des microstructures. Une matrice de passage permet de générer une déformation d'une microstructure inscrite dans un cube déformée par la courbure. Le procédé de l'invention permet dont d'effectuer une modélisation 3D d'un objet par des éléments de base telle que des cubes, un choix des sous-structures de la structure maillée 6 et enfin un choix des 30 microstructures de chaque sous-structure maillée. Lorsque la modélisation permettant de générer la matérialisation des microstructures formant la structure maillée, une étape de morphing peut être appliquée sur une zone donnée du volume 3D de l'objet. - 33 - Le morphing comprend l'application d'une fonction traduisant une loi de déformation volumétrique d'un élément de base à une microstructure qui est inscrite dans cet élément de base. L'opération correspond, dans le cas d'un profilé courbé, à une courbure géométrique du maillage intérieur initial du profilé. Une opération de morphing peut également être utilisée pour éviter tout phénomène de résonnance mécanique liée à la forme d'une microstructure. A titre d'exemple, l'opération de morphing permet également de faire évoluer la structure initiale par homéomorphisme vers une structure analogue dont la dimension des mailles serait progressivement variable pour éviter tout phénomène de résonance. Cette opération est particulièrement intéressante dans le cas où les microstructures ont des formes semblables à celles de cristaux par exemple.
Dans le domaine acoustique, il est également possible d'ajouter aux microstructures des microéléments additionnels similaires en échelle réduite à ceux d'une salle anéchoïque, au sein de chaque maille pour rendre chaque maille plus anéchoïque de façon à réduire la propagation du son à travers le corps semi-creux. Un objet semi creux peut dont être conçu pour réaliser des plaques présentant une bonne isolation sonore. Selon un mode de réalisation, les éléments de bases de forme cubique peuvent être remplacés par des éléments de bases ayant une forme parallélépipédique. Dans ce cas, les microstructures sont donc adaptées pour être inscrites dans de tels éléments de bases. La microstructure proposée sur le principe d'une structure cubique est relativement isotrope et présente des caractéristiques sensiblement identiques dans les trois axes X, Y et Z. Si l'application requiert de privilégier un axe parmi les trois pour définir des microstructures dans des éléments de base de forme parallélépipédique, il reste également possible de modifier la structure initiale par affinité dans la direction choisie. Le procédé de l'invention permet de tirer profit d'une matérialisation des microstructures s'inscrivant dans des éléments de base - 34 - utilisés pour la modélisation et les calculs des efforts et contraintes du type éléments finis. La fonction de dimensionnement des microstructures dépendant des efforts et contraintes, le procédé de l'invention permet un paramétrage prenant en compte une rigidité ou une élasticité souhaitée. Lorsqu'une rigidification d'un corps creux ayant un profilé donné est réalisée au moyen du procédé de l'invention, différentes fonctions de dimensionnement reposant sur différentes lois d'évolutions de la génération de différents types de microstructure peut être configurée. Par exemple, une fonction de dimensionnement peut être définie comme croissante et monotone à partir du centre. Selon un mode de réalisation, une modélisation 3D permet de réaliser un maillage par des éléments cubiques où doivent s'inscrire les microstructures. En fonction des éléments de dimensionnement des contraintes sur chacun des cubes, issus d'un premier calcul, le procédé permet de déterminer une forme spécifique de microstructure, par exemple de manière automatique ou par une sélection d'une forme choisie par un opérateur dans un menu déroulant.
L'invention permet effectivement à l'intérieur d'un cube de décliner différentes possibilités comme précédemment évoqué dont on rappelle quelques exemples de forme: octaèdre, tétraèdre complet ou tétraèdre diamant. Différentes possibilités de matérialisation sont configurables : une matérialisation des noeuds correspondant par exemple à des sommets du cube, son centre ou le centre de certaines faces. Enfin le choix de la matérialisation d'arêtes du cube ou de segments compris dans le cube et reliant deux noeuds. Selon certains modes de réalisation, il est possible de configurer des faces pleines ou ajourées, ainsi que le dimensionnement physique ou le choix des matériaux des éléments constitutifs.
Selon un mode de réalisation, le choix de la meilleure configuration de microstructures selon leur forme, leur dimension leur jonction peut être déduite par un mécanisme d'itération consistant à affiner le calcul de dimensionnement sur les microstructures générées au départ.35 - 35 - Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape à partir d'une imprimante 3D de remplissage de certains ou de tous les espaces vides de l'objet semi-creux comprenant une structure maillée. Le procédé de l'invention permet d'injecter dans le corps semi creux et possiblement dans des microstructures fermées ou partiellement fermées par des troisièmes éléments ou entre les microstructures différentes matières, gaz ou liquides. Selon un mode de réalisation, un gaz peut être injecté dans la l'objet semi-creux., Il peut s'agir de l'air, mais cela peut être un gaz neutre tel que de l'azote, ou un gaz sous pression emprisonné dans une alvéole formée par des microstructures comprenant des troisième éléments formant des faces polygonales. Ceci peut être réalisé par exemple en plaçant l'imprimante 3D dans un environnement sous plusieurs bars de pression dans un sas clos. Ceci contribue au renforcement mécanique de l'objet semi- creux sans quasiment aucune augmentation de masse. A défaut de cette mise en pression des alvéoles, le procédé de l'invention, en alternative, permet selon un mode de réalisation d'emprisonner de l'air ambiant qui peut simplement communiquer entre chaque alvéole par des lumières de petites dimensions. Dans ce cas, on obtient à minima sous des sollicitations rapides, la résistance de l'air emprisonné du fait de sa compression adiabatique. Cette solution est compatible de variations lentes de pression atmosphérique comme cela peut être le cas dans un avion par exemple. Selin un autre mode de réalisation, le procédé de l'invention permet d'injecter un liquide ou un gel par exemple au titre de leur propriété de très faible compressibilité. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de l'invention permet d'injecter une résine destinée à durcir par polymérisation. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de l'invention permet d'injecter un matériau moins dense ou moins cher que celui utilisé pour fabriquer les microstructures. Par l'injection du même matériau utilisant de fait la microstructure comme contenant notamment de façon à gagner en vitesse de réalisation. Cela consiste à réaliser par exemple un ensemble d'alvéoles creuses par impression 3D et au fur et à mesure de leur construction de les remplir par l'injection du même matériau. -36- Une alternative de réalisation comprend l'injection d'un matériau au contraire plus dense et/ou meilleur absorbant phonique. A titre d'exemple, il devient possible d'ajouter du sable à l'intérieur des alvéoles créées par les microstructures et d'améliorer l'isolation phonique de profilés d'huisseries de portes et de fenêtres. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d'ajout de fils fins pour haubaner le corps semi creux ou directement les microstructures. Cette solution peut être réalisée à partir de fils en nylon par la technologie utilisée pour réaliser les matériaux tissés en 3D. A titre d'exemple des matelas espaceurs 3D dénommés « 3D spacer fabric » ou des fils en métal par la technologie utilisée pour réaliser un câblage des puces électroniques dans leur boîtier. Selon un mode de réalisation de l'invention, la fabrication des microstructures par l'imprimante 3D à partir de la modélisation 3D matérialisant les structures maillées 6 peut être conçue de façon à fonctionner en continu et produire en linéaire. Ce mode de réalisation peut être mis en oeuvre par un mode d'approvisionnement et un dispositif d'extraction linéaire.
La paroi extérieure du corps creux 5 tel qu'un profilé peut être réalisée conjointement par l'imprimante 3D. Selon une alternative, le profilé du corps creux peut être réalisé parallèlement par une solution d'extrusion classique ou plus innovante de pultrusion notamment pour la fabrication de profilé en composite.
Selon un mode de réalisation, le procédé de l'invention permet de remplir la cavité d'un corps creux par un ensemble de sphères disposants à leur surface de picots d'une hauteur correspondant à l'épaisseur de matière minimale souhaitée. De fait l'ensemble, des sphères se positionnent sous leur poids ou sous la force d'une pression extérieure en adoptant une structure cubique centrée. Il devient alors possible de remplir l'espace en injectant ou en faisant couler une résine et d'obtenir les caractéristiques mécaniques souhaitées. - 37 - Selon un mode de réalisation, les éléments peuvent être disposés manuellement, mais par exemple une technique utilisant un pot vibrant peut automatiser le processus. Il est également possible de procéder par itération, c'est-à-dire de disposer dans un deuxième temps de sphères de dimension à l'échelle d'un ratio 1/8 pour remplir l'espace non occupé. Il est à privilégier dans ce cadre des picots dont la hauteur ne permet pas à ces nouvelles sphères de venir s'insérer entre les sphères de tailles précédentes.
Dans un premier mode de réalisation, la reproduction de l'objet peut se faire par l'impression 3D de l'objet lui-même. Dans un deuxième mode de réalisation, la reproduction de l'objet peut se faire sous forme d'un objet par exemple en cire qui va servir à reproduire l'objet par exemple par un procédé de moulage à cire perdue, comme c'est pratiqué dans le domaine de la bijouterie. Dans un troisième mode de réalisation, le procédé de l'invention peut être utilisé pour fabriquer des moules. Les pièces ainsi formées peuvent servir à leur tour à la fabrication d'autres pièces. Lorsque les microstructures ont une forme de type polyèdre différentes variantes de réalisation sont possibles : ^ si le polyèdre est matérialisé par des faces pleines, il est possible de façon analogue à la sphère d'ajouter des picots à sa surface pour créer l'espace nécessaire à l'épaisseur de matière souhaitée ; ^ si le polyèdre est matérialisé par des faces ajourées ou sans faces, on peut réaliser un moule en négatif de la structure sphères-arêtes cylindriques et produire des éléments à assembler. Différents moyens d'assemblages sont possibles que cela soit par clippage, vissage, collage, structure aimantée. Cette variante s'applique plus 30 particulièrement à un réseau comprenant des éléments de forme tétraédrique ou octaédrique. A titre d'un premier exemple, un moule pour réaliser une structure tétraédrique à faces ajourées est représenté à la figure 34. A titre d'un deuxième exemple, un moule pour réaliser une 35 structure octaédrique à faces ajourées est représenté à la figure 35. - 38 - Comme précédemment pour les sphères, ces éléments polyèdres réalisés à partir d'une imprimante 3D selon le procédé de l'invention peuvent être disposés manuellement, mais également, par exemple, au moyen d'une technique utilisant un pot vibrant pour automatiser le processus.
Il est également possible de procéder par itération, c'est-à-dire de disposer dans un deuxième temps des éléments de dimension à l'échelle 1/8 pour remplir l'espace non encore occupé. Dans ce cas, le procédé de l'invention permet de créer des interfaces spécifiques à la frontière d'un changement d'échelle des éléments.
L'invention permet de remplir la cavité d'un corps creux de façon structurée en apportant de la rigidité ou l'élasticité de façon plus optimale que le corps creux ou le corps plein, notamment quand il s'agit d'un profilé. Selon certaines applications, il envisageable à partir du procédé de l'invention de réaliser des injections de polypropylène. Dans le domaine des poussettes, cela offre la possibilité de réaliser des profilés potentiellement sans métal en combinant une épaisseur de paroi dimensionnée en combinaison avec l'apport de la rigidité d'une microstructure intérieure tétraédrique.
Selon une autre application, dans le domaine aéronautique, on peut envisager une microstructure en titane à l'intérieur d'un profilé en magnésium permettant de fabriquer des objets ayant un très bon compromis masse/ rigidité. Dans le domaine de la bijouterie, cela permet de réaliser un objet dont la surface est un métal précieux et dont l'intérieur est structuré selon l'invention avec le même métal précieux dont on a optimisé la masse pour la partie structurelle interne. Sur un site Internet ayant une offre impression 3D, cela permet indépendamment de l'origine de l'objet, à partir d'une définition CAO à un format neutre, tel que les formats Step ou Iges ou d'autres formats encore, de proposer un version optimisée de l'objet selon l'invention. Cela peut être réalisé en temps différé mais également en temps réel dans la mesure où les procédés proposés par l'invention, par exemple grâce à un exécutable tels qu'un programme d'ordinateur mis en oeuvre par un calculateur et une mémoire, permettent de proposer à l'utilisateur sous - 39 - forme de menu déroulant d'une interface d'un navigateur web à la fois une version optimisée de son objet en temps réel grâce à une architecture client-serveur ou une architecture distribuée d'un réseau internet. D'autres options peuvent être intégrées dans une interface d'un s navigateur web. Par exemple, un coût et un délai peuvent également être générés en fonction des options choisies par l'utilisateur et validés par ce dernier. Parmi les options, la taille de l'objet, le choix d'une ou de plusieurs microstructures, de leur type et de leur agencement et des différentes zones définies de l'objet peuvent impacter le temps de fabrication par exemple. Un 10 utilisateur peut alors valider en ligne ses options de conception et le tarif ainsi que la date de livraison de l'objet. On peut également lui proposer en retour l'objet optimisé selon l'invention sous forme d'une nouvelle définition CAO à un format neutre (Step, Iges, ) dont il dispose pour le réintégrer dans sa conception, et 15 éventuellement revalider le comportement de l'objet lui-même ainsi que de l'ensemble dans lequel il est intégré en fonction d'applications de différents jeux de contraintes exercées sur l'objet modélisé. 20
Claims (25)
- REVENDICATIONS1. ^ ^ ^ ^ ^ ^ Procédé de modélisation d'un objet tridimensionnel (1) pour sa fabrication à partir d'une imprimante 3D, caractérisé en qu'il comprend : une première modélisation 3D (MOD1) d'un premier volume (VOL 1) d'un corps creux (5) d'un objet par sa surface et son épaisseur au moyen d'une interface utilisateur aboutissant à une structure cadre ; une génération d'un second volume (VOL
- 2) correspondant au volume intérieur du corps creux (5) ; une seconde modélisation 3D (MOD 2) du second volume (VOL 2) à partir d'un maillage généré par un calculateur et comprenant une juxtaposition d'éléments de bases (20) ayant des sommets (100), la forme de chaque élément de base (20) utilisée pour la seconde modélisation (MOD 2) étant définie sensiblement dans une forme cubique ; une sélection d'au moins un type de microstructure de base (MSB) s'inscrivant dans le volume formé par au moins un élément de base (20), chaque microstructure de base (MSB) comprenant des premiers volumes (10) définissant des noeuds agencés de sorte à correspondre à des points remarquables d'au moins un élément de base (20) et des seconds volumes (11) reliant certains noeuds entre eux; une troisième modélisation (MOD
- 3) d'une structure maillée (6) tridimensionnelle comportant une pluralité de microstructures (MS) d'au moins un type, chaque microstructure (MS) s'inscrivant dans une forme cubique et comportant un agencement de microstructures de base (MSB); une opération de fusion entre la structure cadre (5) et la structure maillée 3D (6) permettant de générer au moins un fichier de données modélisant une matérialisation 3D de l'objet à concevoir par une imprimante 3D.2. Procédé de modélisation selon la revendication 1, caractérisé en que la structure maillée 3D est générée à partir du négatif de la troisième modélisation, la matérialisation de la forme fusionnée comprenant la matérialisation du volume négatif des microstructures dans le second volume (VOL 2). 3. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en qu'une microstructure (MS) comprend une unique microstructure de base (MSB).
- 4. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en qu'un type de microstructure (MS) est défini par un choix d'une microstructure de base (MSB), un agencement de microstructures de bases (MSB) reliées entre elles par certains premiers volumes (10), chaque microstructure de base (MSB) s'inscrivant dans un unique élément de base (20), la microstructure (MS) obtenue s'inscrivant dans un cube de plus grande dimension (200).
- 5. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en qu'un type de microstructure est défini par un agencement d'au moins un seconde microstructure de base (MSB2), une seconde microstructure de base (MSB2) étant obtenue au moyen d'un agrandissement d'une microstructures de base (MSB) et s'inscrivant elle-même dans un agrandissement (200) d'un élément de base (20).
- 6. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en qu'une étape de modélisation mécanique d'une répartition d'efforts exercés sur l'objet par l'application d'au moins une contrainte permet de générer, par la méthode des éléments finis, différentes zones dans le second volume (VOL 2), chaque élément fini correspondant à un élément de base.35
- 7. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en la troisième modélisation (MOD 3) permet de définir une pluralité de régions volumétriques du second volume (VOL 2), chacune des régions étant associée à une sous-structure maillée de la structure maillée (6), chaque sous-structure maillée comportant un type de microstructures (MS1, MS2), les différents types de microstructures (MS1, MS2) s'inscrivant chacun dans un cube de mêmes dimensions.
- 8. Procédé de modélisation selon les revendications 6 et 7, caractérisé lo en que la définition des régions associées aux sous-structures maillées est réalisée par association desdites régions aux zones générées par l'étape de modélisation mécanique.
- 9. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 7 15 à 8, caractérisé en que les microstructures du premier type (MS1) adjacentes aux microstructures du second type (MS2) sont fixées entre elles par au moins un de leurs premiers éléments.
- 10. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en que chaque microstructure 3D (MS) forme un polyèdre, deux microstructures (MS) adjacentes de la structure maillée (6) étant jointes par au moins un de leur premier volume (10).
- 11. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 10, caractérisé en que : - les premiers volumes (10) sont conçus sous forme de sphères pleines ou creuses ; - les seconds volumes (11) sont conçus sous forme de cylindres plein ou creux. 30
- 12. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en que chaque microstructure 3D (MS) comprend des troisièmes volumes (12) formants des faces polygonales ayant une épaisseur donnée, chaque microstructure (MS) s'inscrivant alors 35 également dans une forme tétraédrique.
- 13. Procédé de modélisation selon la revendication 12, caractérisé en que chaque troisième volume (12) comprend une lumière (13).
- 14. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en que les points remarquables des éléments de base (20) sont choisis parmi les sommets (100) d'un cube, les centres des faces (102) d'un cube ou le centre (101) d'un cube.
- 15. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que chaque microstructure (MS) est sensiblement un homéomorphe d'une structure atomique cristalline, la forme obtenue comprenant au moins une microstructure de base (MSB)-
- 16. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en qu'une microstructure de base (MSB) comprend : ^ soit un ensemble de 4 premiers volumes (10) confondus avec 4 sommets d'un cube (20, 200) avec d'une part deux premiers volumes (10) diamétralement opposés dans une première face (F1) du cube (20, 200) et deux autres premiers volumes (10) opposés de la face parallèle (F2) à la première face (F1), le premier segment (S1) reliant deux premiers volumes (10) d'une face (Fi) étant non parallèle avec le segment (S2) reliant les deux autres premiers volumes (10), et un premier volume (14) central située au centre du cube (20, 200), ladite microstructure (MS) comprenant 4 seconds volumes (11) reliant le premier volume central (14) auxdits 4 autres premiers volumes (10) ; ^ soit un ensemble de 8 premiers volumes (10) confondus avec les sommets d'un cube (20, 200) et un premier volume central (14), ladite microstructure (MS) comprenant 8 seconds volumes (11) reliant le premier volume central (12) auxdits 8 autres premiers volumes (10).
- 17. Procédé de modélisation selon la revendication 16, caractérisé en qu'un type de microstructure (MS) comprend un agencement d'un multiple de 4 microstructures de base (MSB), ledit agencement étant inscrit dans un volume cubique qui est un agrandissement d'un facteur multiple de 8 du cube dans lequel s'inscrit la microstructure de base (MSB).
- 18. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en que la forme géométrique 3D des premiers volumes est une sphère (21, 22) ou un polyèdre (23, 24) ou un octaèdre tronqué (24).
- 19. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en que la troisième modélisation (MOD 3) comprend un paramétrage de l'épaisseur séparant deux surfaces extérieures de deux premiers volumes (10) adjacents d'une microstructure (MS).
- 20. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en que le corps creux (5) est un profilé dont la section a une forme cylindrique, ovale, carré, ou rectangulaire.
- 21. Procédé de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en que le corps creux et la structure maillée sont fabriquées simultanément par injection couche par couche de matière à partir d'une imprimante 3D.
- 22. Procédé de fabrication à partir d'une imprimante 3D d'un objet comprenant un corps semi-creux (1), caractérisé en qu'il comprend une fabrication conjointe : ^ d'une structure cadre comportant un corps creux (5) ayant une épaisseur prédéfinie ; ^ d'une structure maillée (6) comprenant des microstructures 3D (MS) ; une partie de la surface intérieure du corps creux comprenant des points de jonction (7) permettant de solidariser la structure cadre (5) avec la structure maillée (6).
- 23. Procédé de fabrication selon la revendication 22, caractérisé en qu'une étape d'injection d'une matière, d'un gaz ou d'un fluide est réalisée : ^ soit à l'intérieur des microstructures (MS) fermées comportant des troisièmes volumes ; ^ soit ou dans des premiers volumes creux (10) ou des seconds volumes creux (11) d'une pluralité de microstructures (MS) ; ^ soit dans la région de la structure maillée séparant les microstructures entre elles.
- 24.Système d'aide à la conception d'un objet tridimensionnel à distance comprenant : ^ au moins une mémoire distante stockant une bibliothèque de types de microstructures (MS) ; ^ une interface utilisateur pour : ^ transmettre un ensemble de données modélisant un objet tridimensionnel ; ^ définir des options de conception dudit objet tridimensionnel, les dites options comprenant au moins un choix d'au moins une zone dudit objet et au moins un premier type de microstructures (MS) ; ^ au moins un calculateur distant pour générer une modélisation d'un objet semi creux comprenant un premier maillage matérialisant une zone intérieure de l'objet avec au moins des microstructures du premier type.
- 25. Système selon la revendication 24 comprenant : ^ au moins un calculateur distant pour générer une modélisation d'une répartition d'effort par application d'au moins une contrainte sur la modélisation de l'objet semi creux comprenant un maillage matérialisant une zone intérieure de l'objet avec au moins des microstructures du premier type ; ^ une interface utilisateur pour : ^ modifier le choix de conception ;^ valider la génération d'une seconde modélisation de l'objet semi creux comprenant un second maillage effectuée par le calculateur distant.
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