La modélisation 3D est l’étape fondamentale qui précède toute impression 3D. C’est le processus de création d’une représentation numérique en trois dimensions d’un objet. Que vous souhaitiez imprimer une pièce mécanique, une figurine, un objet décoratif ou un prototype, vous devrez d’abord créer son modèle 3D.

Contrairement à ce que l’on pourrait croire, la modélisation 3D n’est pas réservée aux experts. Il existe aujourd’hui des outils et des méthodes accessibles à tous, quel que soit votre niveau.

Dans cet article, nous allons explorer les différentes approches de la modélisation 3D, les logiciels les plus populaires, et les étapes clés pour préparer votre modèle à l’impression.

La modélisation par CAO (conception assistée par ordinateur) : précision et fonctionnalité

La conception assistée par ordinateur (CAO) est la méthode de prédilection pour créer des pièces techniques, mécaniques, fonctionnelles, où la précision dimensionnelle est primordiale. Elle est largement utilisée dans l’industrie, l’ingénierie, l’architecture, mais aussi par les makers et les hobbyistes pour des projets nécessitant des mesures exactes.

La CAO repose sur la création d’esquisses 2D, qui sont ensuite extrudées, tournées, ou balayées pour créer des volumes 3D. On utilise des opérations booléennes (addition, soustraction, intersection) pour combiner des formes géométriques simples et obtenir des formes complexes. L’un des grands avantages de la CAO est la conception paramétrique : chaque dimension, chaque angle, chaque caractéristique du modèle est défini par un paramètre modifiable. Cela permet de retoucher facilement le modèle, de créer des variantes, ou d’adapter les dimensions à différents besoins.

La pièce a été dessinée en 2D avec une esquisse avant d’être extrudée en 3D sur Autodesk Fusion

Parmi les logiciels de CAO les plus populaires, on peut citer :

• Autodesk Fusion (anciennement Fusion 360) : Un logiciel très complet, puissant et relativement accessible, avec une version gratuite pour les particuliers et les start-ups. Il est particulièrement adapté à la conception mécanique et à la fabrication.
• FreeCAD : Un logiciel open source et gratuit, idéal pour les débutants et les projets non commerciaux. Il offre de nombreuses fonctionnalités et une communauté active.
• SolidWorks (Dassault Systèmes) : Un logiciel professionnel très répandu dans l’industrie, réputé pour sa puissance et sa richesse fonctionnelle. Il est plus coûteux et plus complexe à apprendre. Des versions financièrement plus accessibles aux makers et aux start-ups (1 an gratuit) sont également disponibles.
• Onshape : Un logiciel de CAO entièrement en ligne (fonctionne dans un navigateur web), collaboratif et accessible sur abonnement. Il est particulièrement adapté au travail en équipe.
• Tinkercad : Un logiciel très simple d’utilisation et gratuit, entièrement sur navigateur. C’est l’idéal pour débuter.

Chez Imprimeur3DPro, nous privilégions la modélisation par CAO avec Autodesk Fusion, dont la version gratuite pour utilisation personnelle et freelance couvre l’entièreté des besoins en conception 3D destinée à l’impression 3D. Découvrez ma formation pour débuter sur Autodesk Fusion ici.

La modélisation polygonale (mesh modeling) : liberté et créativité

La modélisation polygonale, aussi appelée « mesh modeling », est une approche différente, plus intuitive et plus libre que la CAO. Elle est particulièrement adaptée à la création de formes organiques, de personnages, d’objets sculpturaux, ou de tout ce qui ne nécessite pas une précision dimensionnelle absolue.

Au lieu de partir de formes géométriques primitives, on travaille directement sur un maillage (« mesh ») composé de sommets (vertices), d’arêtes (edges) et de faces (faces). On déforme ce maillage en poussant, tirant, lissant, subdivisant… un peu comme on modelerait de la pâte à modeler virtuelle.

Création d’un visage en mode Mesh avec Blender

Les logiciels de modélisation polygonale les plus connus sont :

• Blender : Un logiciel open source et gratuit, extrêmement puissant et polyvalent. Il est utilisé aussi bien pour la modélisation 3D que pour l’animation, le rendu, le compositing, et même le montage vidéo. C’est un excellent choix pour les débutants comme pour les professionnels.
• 3ds Max (Autodesk) : Un logiciel professionnel très utilisé dans l’industrie du jeu vidéo, du cinéma et de l’architecture. Il est réputé pour ses outils de modélisation, d’animation et de rendu.
• Maya (Autodesk) : Un autre logiciel professionnel, très populaire dans l’industrie du cinéma et des effets spéciaux. Il est particulièrement puissant pour l’animation de personnages. Utile si l’on souhaite exporter un modèle de personnage prenant plusieurs poses.

Chez Imprimeur3DPro, nous travaillons avec Autodesk Fusion qui possède un mode de travail « Maillage ». Nous utilisons principalement ce mode lors de la modification de fichiers STL, dans l’ajout de modification à des modélisations existantes et dans la correction de scans 3D. Ce mode nous permet également de simplifier des modèles 3D pour en faire des versions « Low-Poly ».

Modélisation 3D d’une figurine de chien (Golden Retriever) simplifiée en Low-Poly

La sculpture numérique (sculpting) : l’art de la forme organique

La sculpture numérique est une forme de modélisation 3D qui se rapproche le plus de la sculpture traditionnelle.

Au lieu de manipuler des vertices, des arêtes et des faces, on travaille directement sur la « matière » virtuelle avec des outils qui simulent des pinceaux, des spatules, des couteaux…

C’est la méthode idéale pour créer des personnages, des créatures, des objets organiques, ou tout ce qui demande un haut niveau de détail et de réalisme.

Les différentes étapes d’un Sculpt de personnage avec ZBrush

Les logiciels de sculpture numérique les plus utilisés sont :

• ZBrush (Pixologic / Maxon) : Le logiciel de référence dans l’industrie du cinéma, du jeu vidéo et de la figurine. Il est extrêmement puissant, mais aussi assez complexe à maîtriser.
• Blender : Encore lui ! Blender intègre d’excellents outils de sculpture, qui en font une alternative gratuite et très performante à ZBrush.
• Sculptris (Pixologic) : Une version simplifiée et gratuite de ZBrush, idéale pour débuter en sculpture numérique. Le développement de Sculptris a été abandonné depuis que Pixologic est devenu Maxon.

Si vous débutez dans la sculpture numérique, nous vous recommandons fortement de démarrer avec Sculptris et d’investir dans une tablette graphique sans écran comme l’incontournable XP-Pen Star 03 V2.

Ensuite, si vous décidez de vous professionnaliser dans ce domaine, je vous recommande de passer directement sur ZBrush avec une tablette graphique avec écran. Privilégiez les grandes surfaces d’écran pour plus de confort lors de vos modélisations.

La modélisation paramétrique : flexibilité et automatisation

La modélisation paramétrique, que nous avons déjà évoquée avec la CAO, mérite une section à part entière. C’est une approche qui consiste à définir un modèle 3D non pas par des formes géométriques fixes, mais par des paramètres (dimensions, angles, relations entre les éléments…).

L’avantage majeur est la flexibilité. Si vous modifiez un paramètre, tout le modèle s’adapte automatiquement (selon les contraintes ou les algorithmes que vous avez préalablement définis).

Cela permet de créer facilement des variantes d’un même objet, d’ajuster les dimensions, ou même d’automatiser la création de modèles complexes.

Programmation d’une modélisation 3D sous OpenSCAD où chaque paramètre peut être modifié

La modélisation paramétrique est particulièrement utile pour :

• Créer des objets personnalisables (ex : un boîtier dont on peut modifier la taille, le nombre de trous…).
• Concevoir des pièces mécaniques avec des contraintes précises.
• Générer des séries d’objets similaires mais différents (ex : une collection de vis de différentes tailles).

Autodesk Fusion est un excellent exemple de logiciel de CAO paramétrique. Et il est encore plus puissant dans sa version complète payante avec la possibilité d’ajout de formules et de variables en plus des contraintes géométriques.

OpenSCAD, quant à lui, est un logiciel plus spécifique, basé sur un langage de script, qui permet de créer des modèles 3D paramétriques de manière très précise et automatisée. OpenSCAD à l’avantage d’être totalement gratuit.

Avant de créer un objet sur OpenSCAD, posez-vous la question de savoir si la programmation de votre pièce est vraiment nécessaire au sein de votre projet. Cela peut être utile dans le cadre d’un business utilisant un configurateur en ligne d’objet 3D personnalisable.

La modélisation à partir de scans 3D : la capture du réel

Une autre méthode pour obtenir un modèle 3D est de scanner un objet réel. Les scanners 3D utilisent différentes technologies (laser, lumière structurée, photogrammétrie…) pour capturer la forme et les dimensions d’un objet physique et les convertir en un fichier numérique.

Le Scan 3D d’un objet avec le EinScan SP V2 de Shining 3D

Cette méthode est particulièrement utile pour :

• La rétro-ingénierie (reconstituer le modèle 3D d’une pièce existante).
• La reproduction d’objets (œuvres d’art, fossiles, objets anciens…).
• La création de modèles 3D personnalisés à partir de personnes ou d’animaux.

Cependant, les scans 3D ne sont pas toujours parfaits. Ils peuvent nécessiter un travail de retouche (nettoyage, simplification du maillage…) dans un logiciel de modélisation 3D.

Chez Imprimeur3DPro, nous formons à la reproduction d’objets en 3D sur base de photographies et CAO au sein de la formation en ligne Conception 3D avec Autodesk Fusion.

Choisir la bonne méthode et le bon outil : une question de projet

Il n’y a pas de « meilleure » méthode de modélisation 3D. Le choix dépend de votre projet, de vos compétences, de votre budget, et de vos préférences personnelles.

Voici quelques questions à vous poser pour vous orienter :

• Quel type d’objet voulez-vous créer ? (Pièce mécanique, personnage, objet organique, objet décoratif…?)
• Quel niveau de précision est nécessaire ?
• Avez-vous besoin de modifier facilement le modèle par la suite ?
• Quel est votre niveau en modélisation 3D ?
• Quel est votre budget ?

Préparer son modèle pour l’impression 3D : les étapes incontournables

Une fois votre modèle 3D créé, il ne suffit pas de l’envoyer directement à l’imprimante. Il faut le préparer soigneusement pour éviter les erreurs d’impression et garantir un résultat optimal.

1. Vérification de l’étanchéité (« manifold ») : Un modèle 3D imprimable doit être « étanche », c’est-à-dire qu’il ne doit pas comporter de trous, de faces manquantes, ou d’arêtes non connectées. La plupart des logiciels de modélisation 3D ont des outils pour vérifier et réparer ces erreurs.
2. Réparation des erreurs : Si votre modèle n’est pas étanche, vous pouvez utiliser des logiciels gratuits comme ou Meshmixer (Autodesk) pour le réparer automatiquement.
3. Orientation et positionnement : Comme nous l’avons vu dans un précédent article Orientation Impression 3D FDM : les bonnes pratiques, l’orientation de la pièce sur le plateau d’impression est cruciale pour la précision, la solidité, le temps d’impression et la qualité de surface.
4. Ajout de supports (si nécessaire) : Les supports sont des structures temporaires qui permettent d’imprimer les parties en porte-à-faux.
5. Exportation au format STL : Le format STL (STereoLithography) est le format standard pour l’impression 3D. C’est un format de fichier qui décrit la géométrie de surface d’un objet tridimensionnel sans aucune représentation de couleur, texture, ou d’autres attributs communs d’un modèle de CAO.
6. Slicing : Le « slicing » (découpage en tranches) est l’étape qui consiste à convertir le modèle 3D en une série d’instructions (G-code) que l’imprimante 3D peut comprendre. On utilise pour cela un logiciel de slicing (Cura, PrusaSlicer, Simplify3D…). C’est dans ce logiciel que l’on définit les paramètres d’impression : épaisseur de couche, vitesse d’impression, température, remplissage, supports…

Préparation et découpage d’une pièce de support pour écran LCD avec encodeur rotatif sur le slicer Ultimaker Cura

Conclusion : la modélisation 3D, une compétence accessible et valorisante

La modélisation 3D peut sembler intimidante au premier abord, mais elle est aujourd’hui accessible à tous grâce à la diversité des outils et des ressources disponibles.

Que vous soyez un professionnel, un étudiant, un artiste ou un simple passionné, apprendre à modéliser en 3D vous ouvrira un monde de possibilités créatives et professionnelles.

Pour aller plus loin :

• Découvrez mon livre L’impression 3D FDM : Le guide complet pour vos impressions 3D pour maîtrisez l’impression 3D à dépôt de filament de A à Z.
• Inscrivez-vous à ma formation Conception 3D avec Autodesk Fusion pour apprendre la modélisation 3D CAO destinée à l’impression 3D.
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