Conception de modèles volumiques

Dans cette partie, nous avons voir les bases de la modélisation volumique, étape essentielle à l'impression 3D.
Un modèle peut être filaire, surfacique ou volumique. Dans la majorité des cas, la modélisation volumique est utilisée, car on peut assez facilement construire des pièces à géométrie complexe, à partir de volumes simples, ayant subit des opérations dites booléennes : c'est cette modélisation que nous utiliserons pour la suite.

Principe

Construire des volumes élémentaires

Pour obtenir des volumes élémentaires, on opérera des transformations géométriques sur des géométries 2D, appelées esquisses. Par exemple, pour construire un cube de côtés 5 mm, on pourra dessiner un carré de côtés 5 mm et réaliser une translation de ce profil, sur une distance de 5mm, suivant la direction de la normale au plan formé par le profil. La figure suivante illustre la construction:

un cube

L'opération réalisée ici s'appelle une extrusion.

Si on désire créer une boule de rayon 10 mm, on construira un "demi disque", puis on réalisera une révolution de ce contour fermé de 360 ° autour de l'axe formé par la partie rectiligne du contour:

une sphère

L'opération réalisée ici s'appelle une révolution.

D'autres transformations existent mais l'extrusion et la révolution permettent déjà de réaliser des pièces de formes très diverses et variées!

Travailler ces volumes avec des opérations booléennes.

Comme évoqué précédemment, une pièce peut être décomposée en volumes simples qui sont ensuite "assemblés" via des opérations bien spécifiques appelées opération booléennes.

Union ou addition:

Le volume engendré est un assemblage des deux volumes (ou plus!) initiaux. Ci-dessous une union d'une sphère et d'un cube:

une union

Différence ou soustraction

Le volume engendré est le premier volume auquel on enlève le volume du second coupant le premier. Deux résultats sont possibles à chaque fois! Par exemple, ci-dessous, on a "soustrait" la sphère au cube:

une soustraction

Intersection

On ne garde que la partie commune des deux volumes. Ci-dessous une intersection d'un cube et d'une sphère.

une intersection

En manipulant plusieurs volumes élémentaires issus de transformations géométriques, et auxquels plusieurs opérations booléennes ont été appliquées, il est possible de créer des formes relativement complexes:

exemple_wiki

Notre support d'étude

En Sciences Physiques, les travaux pratiques occupent une place importante. Parmi eux, on peut citer une manipulation qui consiste à mesurer une distance entre deux objets en utilisant un émetteur/ récepteur à ultrason. Le principe est simple : la partie émettrice émet un ultrason dont on connaît la vitesse de propagation dans l'air. L'onde sonore est réfléchie sur la cible et est captée par la partie réceptrice. La distance peut être alors déduite de la mesure du temps écoulé entre l'émission et la réception. Emetteur et récepteur sont de forme cylindrique et doivent être maintenu lors de l'expérience: des support sont alors requis pour assurer une mesure correcte.
La photo suivante montre un support double : émetteur et récepteur:

support émeteur récepteur double

L'émetteur et le récepteur ont tous deux une forme cylindrique:

émeteur

Ci-dessous, un récepteur monté sur un support double :

Support monté

On se propose, pour commencer, de réaliser un support simple, en ABS. Les avantages sont multiples:

Rupture du support

Notre objectif final est donc cette pièce:

Pièce finie

Modélisation du support

Démarrer Inventor en cliquant sur l'icône correspondante du bureau.

La version utilisée pour ce document est la version 2017. Elle peut être différente suivant les postes utilisés, mais les variations d'une version à l'autre sont mineures. A l'ouverture, une fenêtre proche de celle-ci devrait apparaître:

inv1

La première chose à faire est de créer un projet: il permet de définir un répertoire de travail où seront stocker tous nos fichiers. Cela facilitera ensuite leur gestion.

Normalement, l'onglet Mise en route est actif, si ce n'est pas le cas, cliquez dessus. Cliquer ensuite sur projet.

Une fenêtre comme celle-ci doit s'ouvrir:

inv2

Cliquer sur Créer, vérifier que Nouveau projet utilisateur unique est sélectionné. Cliquer sur Suivant puis choisir un nom au projet. Evitez les espaces et caractère spéciaux. Un nom du type projet_support conviendrait tout à fait! Choisir ensuite un répertoire de travail. Si vous avez une clé usb, un répertoire pointant vers un dossier de la clé peut convenir. Vous pouvez aussi choisir un répertoire sur l'ordinateur. Il est conseillé de le créer dans Mes documents. Dans le menu, choisir Nouveau.

Cette fenêtre devrait s'ouvrir:

inv3

Plusieurs choix sont possibles, on y trouve:

Choisir Standard.ipt en double cliquant sur l'icône correspondante et soyez un peu patient jusqu'à l'apparition d'une fenêtre qui doit ressembler à celle-ci:

inv4

Cette fenêtre est composée de plusieurs zones:

inv5 inv6

Les choses sérieuses vont pouvoir commencer! Pour la suite, n'hésitez pas à comparer l'évolution du modèle que vous aller construire à la pièce que vous avez à votre disposition! Nous allons commencer par concevoir la partie supérieure du support (partie annulaire)

Cliquer sur inv7

La fenêtre suivante va s'afficher:

inv8

Les choses sérieuses vont pouvoir commencer! Pour la suite, n'hésitez pas à comparer l'évolution du modèle que vous aller construire à la pièce que vous avez à votre disposition! Nous allons commencer par concevoir la partie supérieur du support (partie annulaire)

Dans l'arbre de construction, développer Origine et cliquer sur Plan XY:

inv9

Une visualisation avec une grille, plane, apparaît. Le menu supérieur a changé: nous avons maintenant à notre disposition de nombreux outils pour dessiner des contours.

Développer l'icône inv10 et choisir Cercle point de centre.

Sélectionner en cliquant gauche le centre du repère, puis recliquer gauche n'importe où dans la fenêtre:

inv11

Ce cercle, après extrusion engendrera le cylindre en contact avec le capteur. Pour le moment, il ne possède pas les bonnes dimensions. L'important est que son centre soit bien confondu avec l'origine du repère: cela nous donnera une référence pour le positionnement relatif des autres éléments constitutifs du modèle.
Le diamètre du capteur est d'environ 18,6 mm. Le diamètre du cylindre que nous venons de construire doit donc être inférieur à cette valeur pour assurer le maintien du capteur par frottement. Nous jouerons ensuite sur la déformation du polymère pour assurer l'insertion du capteur dans son support. Il faudra penser à réaliser une encoche dans la partie annulaire à cet effet! Mais plus petite qu'actuellement, pour éviter les problèmes de rupture évoqués précédemment! Prenons un diamètre intérieur de 18 mm.

Cliquer sur l'icône inv12puis cliquer sur le cercle. Placer la côte à côté du cercle et rentrer 18 mm, puis valider:

inv13

Enregistrer votre travail régulièrement! Le plantage n'arrive pas qu'aux autres!

Prenons maintenant quelques instants pour détailler les différents contrôles bien utiles pour zoomer, changer de vue, etc.

La molette de la souris permet de zoomer/dézoomer
Maintenir le bouton du milieu enfoncé permet de déplacer les constructions dans le plan de l'écran

Un sous menu flottant est disponible sur la droite de l'écran. Il est possible d'orienter la vue en utilisant le cube:

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Un simple clic gauche sur une des faces permet de positionner la construction suivant la vue sélectionnée.
En cliquant gauche sur une face, une arête ou un sommet du cube, et en maintenant le bouton appuyé puis en déplaçant la souris, la vue s'adapte à la position actuelle du cube.

En dessous du cube, plusieurs fonctionnalité sont disponibles:

inv15

Disque de navigation complète: offre de nombreuses fonctionnalités pour l'orientation des vues, entre autres
Panoramique : déplacement dans le plan de l'écran
Zoom tout : si vous êtes perdu, permet de recentrer la vue sur la construction
Orbite libre : au clic, un cercle apparaît. Maintenir clic gauche à l'intérieur du cercle permet d'orienter la vue en déplaçant la souris
Regarder: permet d'afficher la construction suivant une vue normale à un plan sélectionné

Prenez quelques minutes pour tester ces fonctions, elle seront très utiles lors de toute la conception!

Une fois familiarisés avec ces commandes, nous pouvons continuer la conception du support.

Dans l'esquisse, réalisez un cercle concentrique au précédent, de diamètre 24 mm:

inv16

Dans le menu supérieur, cliquez sur inv17

Nous allons maintenant créer notre premier volume.

Cliquer sur inv18 et déplacer la souris n'importe où dans l'espace à l'intérieur du plus grand cercle et à l'extérieur du plus petit:

inv19

Une zone colorée en forme d'anneau doit apparaître.

Dans le menu extrusion, en dessous de distance rentrer 10mm et cliquer sur l'icône inv20

Cela signifie que la surface annulaire, sera extrudée sur 10 mm: 5 mm d'un côté et de l'autre.

Cliquer sur OK.

Notre premier volume est créé!:

inv21

Attardons nous quelques instants sur l'arbre de construction. Nous en avions parlé au début de ce chapitre: il était "vide". Actuellement il devrait contenir la liste des opérations, hiérarchisée, que nous venons de faire:

inv22

Développer "Extrusion1":

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On y voit apparaître l'Esquisse 1 , crée précédemment. Son icône est "décalée" horizontalement par rapport à l'extrusion et peut se lire : l'extrusion Extrusion1 est construite à partir de l'esquisse Esquisse 1.
Un énorme point fort d'Inventor (et de la très grande majorité des autres logiciels professionnels de CAO) et la propagation des contraintes. Dans la mesure du possible, si on modifie l'esquisse, alors les opérations impliquées par cette esquisse, sont elle aussi modifiées en cohérence.
Testons!

Dans l'arbre de construction, double cliquer sur l'esquisse Esquisse 1, puis par exemple, modifier la côte du cylindre intérieur à 5mm:

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Cliquer sur inv25 dans le menu supérieur.

L'extrusion s'est adaptée:

inv26

On comprend mieux la propagation des contraintes : nous avons modifié une côte sur l'esquisse. Une côte est bien une contrainte dimensionnelle portant sur une ou plusieurs entités géométriques. La modification de cette contrainte est propagée à travers le processus de construction du modèle, i.e. aux opérations (transformations et opérations booléennes) dépendant de l'esquisse modifiée.

Attention : la propagation peut conduire à une erreur. Par exemple, si un volume est défini comme l'intersection de deux autres volumes, et que, après modifications d'un des volumes, l'intersection est vide, le logiciel vous avertira que la mise à jour est impossible.

Remodifier l'esquisse à ses dimensions d'origine (18 mm pour le cylindre intérieur).

Réalisons maintenant l'encoche assurant la déformation du support.

Créer une nouvelle esquisse, toujours dans le plan XY.

Créer ensuite une ligne, confondue avec l'axe Y en partant de l'origine du repère. Appuyez sur Echap pour ne pas construire une seconde ligne.

inv27

Nous allons transformer cette ligne en axe de construction : il nous servira par la suite pour réaliser une symétrie, mais n'interviendra pas comme délimiteur de volume ou surface.

Cliquer sur la ligne précédemment construite. Cliquer sur inv28 dans le menu supérieur, puis sur échap.

La ligne doit apparaître en pointillés:

inv29

Créer une autre ligne en partant de l'origine de la manière suivante:

inv30

Mettre une côte angulaire, en cliquant sur l'axe de construction puis sur la ligne précédemment construite et imposer 10 degrés:

inv31

Cliquer sur inv32 . Sélectionner la ligne "oblique", puis dans le popup cliquer sur le curseur "axe de symétrie" et cliquer sur l'axe de symétrie et appliquer:

inv33

Fermer le contour par une ligne et terminer l'esquisse:

inv34

Créer une nouvelle extrusion en choisissant "soustraction", symétrique, 12 mm et valider.

inv35

L'encoche est terminée! Vous pouvez remodifier l'angle d'ouverture dans l'esquisse, et visualiser la propagation de la contrainte.

Enregister votre travail.

Cette partie est commune au support simple et double. Pour cette étude, on se limite au support simple. Mais si certains vont plus vite, ils peuvent s'atteler à la modélisation du support double. On pourra repartir de ce sous-modèle.

Enregistrer sous "support-simple"

Nous allons maintenant réaliser la partie cylindrique que nous appellerons tige, permettant la fixation du support sur un montage spécifique, non étudié ici.

Créer une nouvelle esquisse, toujours dans le plan XY, dessinez y un rectangle, dont un des côtés est confondu avec l'axe Y, de hauteur 6 mm, largeur 4,5 mm. Le côté "supérieur" doit se situer à 11 mm de l'axe X (côte à poser entre ce côté et l'origine du repère). Vous devez obtenir cette esquisse:

inv36

Terminer l'esquisse puis réaliser une révolution complète en choisissant comme axe, le côté du rectangle confondu avec l'axe des Y:

inv37

Le support ressemble maintenant à sa version finale! On pourrait d'ailleurs s'arrêter là, mais apporter quelques petites retouches ne peux être que bénéfique, et surtout, cela nous permet de voir encore quelques fonctionnalités qui vous seront peut être utiles pour la suite!
Le support d'origine présente des renforts joignant la tige et la partie supérieure. Nous allons les mettre en place également : ils permettront (légèrement) d'améliorer la solidité du support, tout en le laissant suffisamment flexible (ce qui est également recherché!).

Créer une (dernière esquisse) dans le plan XY, puis, n'importe où dans l'esquisse, faire un clic droit et choisir "Affichage en coupe".

Créer un arc de cercle en choisissant "Arc point de Centre" dans le menu supérieur puis:

Vous devriez avoir quelque chose qui ressemble à cela:

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Nous allons maintenant le coter.

Cliquer sur "Côte" puis sur l'arc, déplacer le curseur proche de l'arc, et recliquer pour déposer la côte et imposer un rayon de 13 mm:

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Cliquer sur "Côte", sur l'arc, sur l'origine sur repère, puis déposer la côte et imposer un angle d'ouverture de 45°:

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Tracer une ligne jointe à l'extrémité inférieur de l'arc et finissant dans la tige, mais ne coupant pas son axe:

inv41

Dans le sous menu "contrainte" du menu supérieur cliquer sur inv42 .

Nous allons imposer une contrainte de tangence entre la ligne et l'arc.

Cliquer sur l'arc, puis la ligne:

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Fermer le contour avec une ligne horizontale pour la partie supérieur, et de manière aléatoire pour le reste, tant que les portions de lignes ajoutées restent dans le volume global:

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Réaliser une symétrie de ce contour par rapport à l'axe des Y (il faudra réaliser l'axe de construction, comme nous l'avons déjà vu précédemment!):

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Réaliser ensuite une extrusion des renforts, symétrique de 2 mm:

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Il ne reste plus qu'une dernière étape : les congés. Notre modèle possède actuellement des angles vifs par endroits. Les variations brutales de géométrie induisent des concentrations de contraintes qui peuvent avoir des effets néfastes (rupture anticipée, amorce de fissures, etc.). Même si dans notre exemple, l'impact des arrondis sera très faible sur le comportement de la pièce, il est bon de savoir comment les construire.

Cliquer sur inv47 puis dans le popup, imposer un rayon de 0,3mm et sélectionner les arrêtes des renforts:

inv48

Valider:

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Recommencer l'opération en réalisant des congés de 1 mm sur la jointure tige/partie annulaire:

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Enregistrer votre travail

Nous avons terminé notre modèle!
Vous êtes en avance? Les supports recevront soit un émetteur, soit un récepteur. On peut réaliser une gravure avec par exemple les lettres R ou E pour identifier les supports!:

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Cherchez sur internet des informations sur la gravure et Inventor et réaliser cette amélioration!

Toujours en avance? Bravo!

Reprenez le fichier "support.ipt" et réaliser le support double!

Quelques pistes (ce ne sont que des suggestions):

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