Module avancé: Usiner un objet 3D complexe

Requiert avoir suivi au moins le module 2 du parcours de base.

Tu as modélisé ou téléchargé sur un site de partage de conception un objet 3D en mesh et tu souhaites l’usiner ? Nous allons voir ici comment l’importer et le préparer à l’usinage sur Autodesk Fusion.

Téléchargez ici le fichier d’exemple, le visage de Nefertiti. 

Le fichier d’exemple est un fichier .3mf, servant à enregistrer des modèles 3D en mesh.
Un fichier 3D en modélisation mesh (ou polygonale en français) consiste en la manipulation d’un maillage représentant la surface de l’objet. Ce type de modélisation convient bien pour l’animation ou le jeu vidéo ; bref si tu souhaites créer des formes très organiques. 

De base, Fusion et les autres logiciels de dessin industriel n'utilisent pas la modélisation mesh car elle implique de l'imprécision. Ils utilisent alors un autre système, appelé simplement Modélisation paramétrique. Ce type de modélisation est bien plus précis et flexible que les meshs mais permettent moins de folies au niveau du design. 

Néanmoins beaucoup de fichiers 3D paramétriques que tu peux trouver sur internet sont converties en mesh car c’est le type de fichier demandé pour l’impression 3D. Si tu télécharges des designs depuis Thingiverse par exemple, il y a de grandes chances que ce fichier soit en .stl ou .3mf. Le top est de trouver des fichiers enregistrés en .step ou .f3d que tu peux ouvrir directement dans Fusion !

Notre exemple est ici la sculpture d’un visage, il est alors logique que le fichier soit un fichier mesh que nous pourrons néanmoins convertir en paramétrique.

Pour information, Ce modèle est une version modifiée de celui-ci, glané sur Thingiverse :
https://www.thingiverse.com/thing:1822326

Commence par créer un nouveau fichier, assures-toi d’être dans l’atelier Design et sélectionne Insert > Insert Mesh.

Clique sur Select from my computer…, navigue jusqu’au dossier où le fichier Nefertuto.3mf est enregistré et sélectionne-le. 

Normalement, il est positionné sur le bon plan (XY) car le format .3mf enregistre ce genre d’informations de positionnement.

Tu peux tout à fait pivoter/déplacer l’objet si tu le souhaites en utilisant les outils de transformation. Assure-toi ici que l’objet soit centré et placé à Z=0mm en utilisant les outils Center et Move To Ground dans le menu à droite.
Une fois que tout est bon, clique sur OK.

Tu peux voir que l’objet Nefertiti_face est apparu dans le Browser avec un petit logo prismatique signifiant que cet objet est un mesh.

Même s’il est tout à fait possible de directement utiliser le fichier sous forme de mesh pour l’usinage, nous allons tout de même le convertir en objet paramétrique pour pouvoir le manipuler facilement dans Fusion.

Pour ce faire, clique sur l’onglet Mesh:

Puis dans Modify > Convert Mesh.

Dans le menu dans le volet à droite, clique sur Body Select et clique ensuite sur notre objet.
Laisse le reste tel quel.

Un message d’alerte dans ce genre peut apparaître :

“Ce maillage comporte plus de 10 000 triangles. Le calcul peut prendre beaucoup de temps.”

Dépendant de la complexité du sujet, le temps de calcul peut être assez long. Cet exemple prend 4 secondes à être calculé sur un ordinateur avec un processeur relativement puissant (AMD Ryzen 7 6800HS (3.20 GHz)).

Tu peux revenir ensuite dans l’onglet Solid. Tu peux voir que l’objet Nefertit_face a changé de pictogramme, signifiant que l’objet est un solide paramétrique. 

Nous allons rajouter un socle à notre objet car le but est d’avoir un objet final facilement découpable à travers le brut. Crée un nouveau Create > Sketch sur le plan XY (nous avons ici caché le body pour avoir accès au plan).

Sélectionne Create > Ellipse.

Pose le premier point au centre du document puis entre 55 mm de distance horizontale et 0 deg et clic-gauche pour valider.

Entre ensuite 40 mm de distance verticale : 

Valide en appuyant sur la touche Entrer de ton clavier.
Tu peux terminer l’esquisse en cliquant sur Finish sketch.

Create > Extrude et extrude l’Ellipse de 2,66 mm. Fais attention que le champ Operation soit sur Join.

Clique sur OK pour valider l’opération. Le socle est terminé. 
Nous pouvons passer à l’onglet Manufacture.

Rends-toi alors dans l’espace de travail Manufacture.

Crée un nouveau Setup comme d’habitude, en plaçant les coordonnées de travail sur le martyr dans l’onglet Setup : 

Nous partons du principe ici que notre brut mesure 18mm d’épaisseur. Règle le Stock Top Offset sur 0 mm et vérifie que le Stock Height (z) soit inférieur à 18 mm dans l’onglet Stock. Si jamais il est plus épais, n’hésite pas à changer la taille du modèle en revenant dans la partie Design et en utilisant Modify > Scale.

Tu peux valider le Setup.

Sélectionne l’opération 3d > Pocket Clearing. Cette opération est plus simple à utiliser qu’Adaptive Clearing que nous avons utilisé pour le cendrier mais permet moins de précision. Pocket Clearing est par contre bien plus rapide en général. N’hésite pas à faire des tests et à comparer les résultats ainsi que les temps d’usinage.

Sélectionne une fraise de 6 mm de diamètre, indique les bonnes vitesses selon ton matériel et passe directement à l’onglet Geometry.

Dans cet onglet, sélectionne Machining Boundary : Selection puis clique sur le bord supérieur du socle.

Dans Tool Containment, sélectionne Tool outside boundary.

Cette option permet de limiter la zone d’usinage au contour extérieur de cette ellipse.

Dans l’onglet Passes, ne change que la valeur Maximum Roughing Stepdown sur 1 mm. Cette valeur va déterminer le degré de finition de l’opération : plus elle est petite, plus l’objet sera défini, plus elle est grande, plus l’objet sera approximatif. Cela dépend alors de tes objectifs de temps, du type de matériau, etc.

Ci-dessus : Résultat pour des passes de 1 mm -> 02 minutes et 10 secondes selon Fusion.

Ci-dessus : Résultat pour des passes de 5 mm -> 23 secondes d’usinage selon Fusion.

N’oublie pas de décocher Stock to Leave. 

Puis dans le dernier onglet Linking, assure-toi que le Ramping Angle (deg) soit à 35 deg.

Tu peux cliquer sur Ok pour valider l’opération.

Nous allons maintenant utiliser une opération pour terminer la forme 3D. Nous allons utiliser une fraise hémisphérique conique (celle-ci : https://www.fraisertools.com/en/zeta-covered-spiral-carving-2d-3d-router-bit.html) car cette forme de fraise permet d’obtenir un niveau de précision difficilement atteignable avec une fraise à bout hémisphériques droite classique. Il est tout à fait possible d’en utiliser une mais il te faudra faire des concessions sur le diamètre de celle-ci ou sur le niveau de détail recherché.

Il est obligatoire d’utiliser une fraise hémisphérique car le but est ici de lisser notre dégrossissage en cassant l’effet escaliers et en usinant les détails. Ce qui est impossible à faire avec une fraise droite.

Il y a différentes opérations de finitions dans Fusion, chacune étant plus ou moins adaptée à un type de design. Nous allons utiliser ici l’opération la plus classique, 3D > Parallel. N’hésitez pas à les tester en fonction de ton design.

La configuration est assez simple : il suffit de sélectionner la bonne fraise, ici la #22 - 3.2R1.6mm 2.5° face ZETA du kit Fraiser Boss Ultimate.

Au niveau des paramétrages, nous allons utiliser ceux recommandés par Fraiser ici. Si la fraise que tu utilises est différente, vois les spécifications du constructeur mais sache que l’on peut aller assez vite dans le sens où cette fraise n’a plus grand chose à usiner.

Puis dans Geometry, laisse Machining Boundary sur Silhouette.

Dans l’onglet Passes, la seule valeur à vérifier est la valeur Stepover. Cette valeur définit la finesse entre chaque parcours d’outil. Si jamais tu observes que la surface de ton usinage n’est parfaite mais comporte des traces de la fraises, il est possible que cette valeur ne soit pas assez petite :

Tu peux cliquer sur OK pour valider l’opération.

Cette dernière opération a pour but de simplement usiner le contour du socle afin de sortir la gravure du brut. Nous n’allons pas entrer dans les détails ici, cette opération étant expliquée dans d’autres tutoriels.

Sélectionne 2D > 2D Contour : 

Sélectionne ensuite une fraise à bout plat (tu peux par exemple reprendre celle de la première opération).

Dans Geometry, Sélectionne le bord inférieur du socle et n’oubliez pas de mettre les tabs.

Dans Passes, n’oublie pas de paramétrer les passes selon tes préférences et tes fraises:

Puis, dans Linking, active Ramp et utilisez nos valeurs optimales :

Ramping Angle: 35 deg
Maximum Ramp Stepdown : 300 mm
Ramp Clearance Heigh : 2.5 mm

Tu peux ensuite valider l’opération en cliquant sur OK.

Rien de particulier ici. N’oublie pas que tu effectues des changements d’outils et qu’il te faudra exporter chaque opération une par une si tu utilises la licence pour usage personnel.

Concernant l’usinage, rien de particulier non plus.

Nous utilisons le socle ici pour facilement découper l’objet hors du brut avec des tabs. Cependant, ce n’est pas forcément faisable selon le type de fichier et il est tout à fait possible d’utiliser les opérations 3D Pocket pour découper jusqu’au bout. Néanmoins, tu ne pourras pas mettre de tabs : tu dois soit les modéliser toi-même, soit utiliser la technique dite “Onion skinning”: laissez 0,2 à 0,3 mm de matériau au bas de ta découpe, puis termine à la main à l'aide d'un cutter.

Si tu utilises une belle fraise hémisphérique et que le matériau est suffisamment tendre, il est possible d’attaquer directement le brut avec la passe de finition. Fais quand même des tests avant !