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Publié par Aurélien Audy le Vendredi 7 Juin 2013

Découverte de la Cube, imprimante 3D grand public


Les imprimantes 3D ont déjà fait couler beaucoup d'encre (ou plutôt de plastique), notamment dans nos colonnes, à l'occasion du dernier CES, où plusieurs acteurs ont exposé leurs machines. Si le concept d'impression tridimensionnelle n'est pas nouveau pour les industriels, il est aujourd'hui porté par un engoument… impressionnant. Les prix baissent, le grand public devient la cible. Nous vous proposons une découverte illustrée par un des premiers modèles destinés au commun des mortels, vous, nous, ou cette chère madame Michu : la Cube du constructeur américain 3D Systems (3DS).



Le représentant exclusif en France, 3D Solution Systems, nous a proposé de tester la petite dernière de 3DS, une imprimante 3D destinée au grand public. Nous avons sauté sur l'occasion, sans l'ombre d'une hésitation. Une courte semaine d'impression en relief plus tard, voici tout ce que nous pouvons vous dire sur la Cube. Il ne s'agit pas d'un test à proprement parler mais bien d'une découverte. Ce marché est trop frais, les concurrents pas assez nombreux, et nos connaissances manquent de recul pour que nous nous engagions dans une évaluation classique.

Cube 3D
Cube 3D 3

La Cube de deuxième génération, mise au point par 3DS

D'abord, plantons rapidement le décor. Non, une imprimante 3D n'est pas un appareil qui sort des tirages stéréoscopiques à contempler avec des lunettes 3D. C'est une machine qui produit des objets. Si, si, des objets. Le terme imprimante induit en erreur, trop marqué par la représentation habituelle qu'on se fait de l'impression plate, en 2D. Il fait pourtant sens. Imaginez une imprimante où l'on remplace l'encre par du plastique fondu, et la feuille de papier par une plaque de verre, qui va s'abaisser progressivement, à chaque couche de consommable déposée. Un objet se forme alors, par accumulation de strates successives. C'est le principe de l'impression 3D !

Cube 3D 21
Quelques exemples des objets que nous avons imprimés

Maintenant, pour situer un peu mieux notre sujet, la Cube sera commercialisée en 3e ou 4e semaine de septembre cette année, à 1 499 €. Pour être plus précis, c'est la deuxième génération de Cube, mais bien la première à atteindre nos contrées. Pas si grand public que cela pour une imprimante tout court mais pour un modèle 3D, qui figure parmi les premiers du marché sur une technologie balbutiante, c'est finalement assez raisonnable. Rappelez-vous le prix des premiers graveurs de CD… plusieurs milliers de francs (#ehpanlecoupdevieux) !

Présentation de la Cube

Arrivée dans les locaux du groupe, la Cube a suscité une curiosité que nous n'avions pas anticipée. Au sein de la rédaction évidemment, mais aussi dans les bureaux d'à côté, tout le monde a afflué pour découvrir cette inconnue. Les métaphores ont fusé (la comparaison du jamais vu au déjà existant étant systématique, comme pour se rassurer) : "on dirait une machine à coudre", "ah, moi je vois plutôt une machine à expresso", "ça fait très jouet"… On pourrait aussi voir un modèle réduit de portique de chargement… bref, l'allure n'est pas commune, d'autant que l'exemplaire qui nous a été confié est vert, quasi fluo ! Pour insister sur le caractère grand public de sa machine, 3DS a en effet décidé de tirer la ficelle de la déclinaison de coloris (grise, rose, verte, bleue et blanche). La Cube mesure 26 x 26 x 34 cm et pèse 4,3 kg (sans cartouche).

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Cube 3D 2

Physiquement, le produit est simple : une tête d'impression chauffante montée sur un rail gauche - droite, un plateau en verre dépoli rattaché à un rail avant – arrière. Ce dernier étant relié à un troisième rail haut – bas, ce qui nous fait bien nos trois dimensions. Le plateau en verre, qui sert de support à l'impression, est amovible, fixé par un simple aimant à sa plateforme.

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Cube 3D 7

Un plan rapproché, la tête d'impression et le plateau en verre dépoli

Sur le côté de l'imprimante, l'imposant rouleau n'est autre que la cartouche, une bobine de fil plastique, le consommable. Pour l'heure, 3DS ne propose que deux types de matériaux, un polymère constitué à base de sucre de canne (dit PLA) et le plus connu ABS (plastique plus dense). Chacun étant décliné en 16 coloris de fil. Le socle de la machine intègre un écran monochrome tactile, un bouton multi usage, un port USB latéral, un autre à l'arrière et la prise d'alimentation. Le Wi-Fi est également de la partie, configurable en WPS ou adhoc.

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La cartouche de plastique, le port USB latéral pour support de stockage, le port USB arrière pour la connexion filaire à l'ordinateur.

Dans la pratique, on enclenche le fil de plastique dans l'orifice situé au-dessus de la tête d'impression, fil protégé par une gaine transparente. La tête va aspirer ce fil à son rythme, le faire fondre à une température comprise entre 200 et 400°C puis le ressortir par sa seule et unique buse d'impression avec une finesse de 0,2 mm (200 microns). Pour information, en entrée le fil a une section de 1,78 mm. Le constructeur parle de technologie PJP, pour Plastic Jet Printing. Le plateau en verre carré mesure 14 cm de côté, ce qui permet donc de sortir en théorie des pièces de 2744 cm3. Une cartouche est supposée permettre de réaliser 13 à 14 objets de taille moyenne, ou encore 30 tours d'échecs comme celle qui figure dans les 25 modèles fournis. A 59 € la cartouche, ça nous fait un prix de revient de 2 € la tour, à quelques centimes près.

Cube 3D 15
Cube modèles fournis

La machine en action, à deux moments différents et un visuel constructeur avec une parties des modèles livrés, dont la tour en vert fluo

Logiciel fourni et modèles 3D


Si la machine provoque l'étonnement, son mode opératoire la fascination, il n'en reste pas moins qu'il faut lui donner du grain à moudre, c'est-à-dire des objets à imprimer. Là les choses se gâtent sensiblement, puisqu'il faut des compétences en 3D. Pas si on utilise une des 25 créations mises à disposition gratuitement, peu si on se contente de récupérer des modèles 3D sur le Web (Blender-models.com, 3Dvia.com, grabcad.com, thingiverse.com, etc.) mais nettement plus si on veut créer ses propres œuvres. La modélisation 3D ne s'improvise pas, les logiciels sont très coûteux (AutoCAD, 3DS Max, etc.), et quand bien même on se rabatterait sur ceux gratuits comme Blender ou FreeCAD, l'utilisation n'a rien d'intuitive. La litote est gentille… Qu'on soit Mme Michu comme quelqu'un de plus « high-tech » mais qui n'a simplement jamais utilisé ce genre de logiciel par le passé. Disons que c'est une première barrière pour une diffusion grand public large, à laquelle il n'existe pour l'heure pas de solution évidente.

Thingiverse
autocad

Thingiverse, une des plus importants gisement de modèles 3D, et Autocad, une référence dans le domaine de la création

Passée cette considération, il faut ensuite passer son fichier .STL (Standard Tessellation Language) par la moulinette du logiciel Cube Software à télécharger sur www.cubify.com (PC et Mac) afin qu'il le transforme en un .CUBE interprétable par l'imprimante. Là, les opérations sont très simples, l'interface claire. Du Michu friendly en somme. On tourne autour de l'objet pour le contempler sous toutes les coutures, on le retourne, le déplace, l'agrandit ou le diminue. La section Model info est importante, puisqu'elle permet de savoir si les dimensions de l'objet rentrent dans le volume des 2 744 cm3 imparti. Le menu Settings est crucial : c'est là que se renseignent le type de plastique utilisé (ABS ou PLA), la densité de l'impression (hollow -creux-, strong, solid -plein-), la présence ou non de supports et du raft (radeau). Nous reviendrons plus tard sur ces deux derniers éléments, ô combien majeurs. Une fois le modèle 3D prêt, il ne reste qu'à cliquer sur Build pour produire les .cube voulus et lancer l'impression (ou copier ces fichiers sur une clé USB et la brancher directement sur le port latéral de l'imprimante).

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Mise à l'échelle d'une création, affichage des options et informations sur le modèle.

Phase d'impression : préparatifs, exécution et contraintes

Cube 3D 14
Il suffit de lancer l'impression, d'attendre patiemment (voire très patiemment) et c'est tout ? Pas exactement. Trois étapes doivent être répétées peu ou proue avant chaque réalisation. Vérifier l'assiette du support en verre, déterminer la distance qui le sépare de la tête lors de l'impression et l'enduire de colle, de sorte à ce que l'objet ne bouge pas pendant sa matérialisation. Pour la distance comme l'assiette (l'uniformité de la distance sur toute la plaque), il faut passer par un menu de l'imprimante piloté sur l'écran tactile. Le plateau se met alors en position d'impression et on ajuste la hauteur à l'œil via des flèches haut et bas, en différents points de la plaque. Le constructeur précise qu'une feuille de papier standard doit pouvoir s'intercaler sans frottement entre la tête d'impression et la plaque de verre. Guère précis…

On aurait aimé que cette distance soit calculée automatiquement, par un système de laser par exemple. Parce qu'une distance mal réglée conduit à une impression ratée : soit le fil est allongé trop délicatement pour bien coller, soit il est tartiné. La marge de manœuvre n'est pas bien grande.

La question de la colle est également problématique. Le tube fourni par le constructeur est doté d'un applicateur tampon en mousse, sa colle se dilue à l'eau chaude facilement. Soit. Mais il faut poser une couche de colle bien uniforme et surtout, au bon moment. Trop tôt ça sèche et ne colle pas, trop tard et le fil de plastique glisse. Le hic, c'est que selon la complexité et la taille de l'objet à sortir, l'imprimante met plus ou moins de temps à charger le modèle 3D. Parfois un peu plus de trois minutes, comme dans le cas de notre vase de Klein gris (dessiné par Dizingof), filmé en accéléré ci-dessous. Si on met la colle dès qu'on lance l'impression, c'est trop tôt, si on attend 2 min 30, c'est trop tard. Le bon créneau se situe vers 1 min 30. Inutile de vous dire que nous avons dû nous y reprendre à plusieurs fois pour trouver la bonne fenêtre de tir.


8h d'impression condensées en 4 minutes

L'exécution est aussi singulière que lente : plus de 8 h 20 pour révéler le vase de Klein (10 cm de haut, 32,2 cm3, 464 212 triangles), en qualité maximum (ABS, solid). La petite tour des modèles livrés avec l'imprimante prend près de 1 h 30. Lenteur également des phases de refroidissement, en fin d'impression ou après qu'on a interrompu un travail pour x raisons. Notez par ailleurs que la machine se montre très bruyante quand elle opère. Stéphane, collègue émérite de la rédaction lyonnaise, décrit la mélodie comme un mix de vieille imprimante jet d'encre, de modem 56K et de lecteur de cassettes Amstrad CPC. Si vous songiez lancer une impression pendant la nuit, il faudra placer la Cube dans une autre pièce…

Objet 3D imprimé
Cube 3D 23

A distance le résultat est bluffant, de près on note quelques couacs, notamment sur le dessus où étaient les points de fixation.

Des contraintes pénalisantes

Outre les préparatifs délicats mentionnés plus haut, il faut également faire avec un lot de contraintes conséquent. D'abord, la résolution d'impression permise avec un fil de 0,2 mm d'épaisseur reste faible. Sur un pouce, on ne peut caser que 127 points. Pour donner un ordre d'idée de finesse, une bonne imprimante photo jet d'encre Canon parvient à aligner 2 400 points. Du coup, un objet trop petit verra ses détails massacrés. Il faudra lui donner une taille suffisante pour que les finitions ressortent.

Cube Software2 jpg
Cube temple Maya raté

Ce temple Maya très détaillé n'a produit qu'un pâté de plastique sur cette échelle de 2 cm de côté. L'imprimante n'avertit pas que sa résolution ne suffira pas pour donner un résultat propre, c'est dommage.


Ensuite, il n'est pas possible avec ce modèle de faire des objets multicolores. Sa grande sœur, la CubeX (vendue 2600 $ aux USA) propose trois couleurs, mais celles-ci ne peuvent pas être mélangées. Impossible donc de faire du vert en fusionnant du bleu et du jaune, ou d'apporter des nuances avec du noir ou du blanc.

CubeX
La CubeX de 3D Systems


Mais surtout, il va falloir dans bien des cas recourir aux supports et aux raft dont nous vous parlions plus haut. Les supports, ce sont des sortes de pilotis que l'imprimante va devoir ajouter pour parvenir à déposer de la matière dans des zones de vide. Typiquement : une figurine avec les bras écartés. Pour imprimer les bras, la machine devra monter ses supports depuis le niveau des pieds jusqu'à hauteur des bras, afin de pouvoir fondre son plastique sur quelque chose. Les pilotis devront ensuite être découpés à la main, avec un cutter ou tout autre outil tranchant. La pièce finira la plupart du temps bien amochée.

Cube 3D 19
A gauche, la pièce imprimée à la verticale, à droite celle sortie debout

Pourquoi ne pas coucher la figurine sur le dos ? C'est une possibilité. Sauf que la Cube donne de meilleurs résultats à l'empilement des couches (dimension Z) qu'à l'étalage des fils (dimensions X et Y). Et la première couche est toujours de moins bonne qualité que le reste. Sur notre exemple du porte-clef Clubic, que nous avons tenté couché et debout, la finition la plus soignée est obtenue debout. Sans compter que les aplats trop grands ont systématiquement rebiqué sur les bords, comme si le plastique en durcissant se contractait. Ce phénomène est moins marqué quand on diminue la densité de l'impression, sur strong ou hollow.

Cube 3D 22
Cube 3D 20

Deux objets imprimés à plat, l'avant est beau l'arrière moins… Sur la deuxième image, une pièce en train d'être imprimée en hollow, c'est-à-dire creuse


Et quand on imprime à la verticale, la zone de contact avec la plaque de verre est tellement faible que l'objet a tendance à se décoller. Il faut donc ajouter un raft au moment de la construction du fichier .cube, littéralement un radeau. C'est une sorte de maillage initial que la machine va coucher sur un périmètre assez large avant de réaliser l'objet, afin que le contact avec la colle soit plus conséquent. Pertinent, mais l'arrachage du raft laisse des marques sur l'objet… Enfin, si l'impression capote (ce qui n'est pas rare), il est impossible de la reprendre là où elle s'était arrêtée.

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Conclusion


Cube 3D 5
Après une petite semaine à réaliser des impressions 3D, le constat d'ensemble qui se dégage tient dans cette ambivalence : la Cube est aussi fascinante que déconcertante. La technologie Plastic Jet proposée ici révèle les objets comme par magie. On se plait à contempler la progression de cette improbable genèse comme on admire un feu de cheminée, béatement. Quand la pièce est réussie, l'exécution force le respect. En se plongeant dans une rapide réflexion, on imagine toutes les champs du possible : loisirs créatifs, modélisme, réparations, outil pédagogique… Cette technologie est bel et bien prometteuse ! Seulement voilà, la promesse ne sera pas tenue sans une arrivée rapide d'améliorations, parfois souhaitables, souvent salutaires.

Elles sont d'abord d'ordre technique. La finesse d'impression de 0,2 mm est insuffisante (pour des petits objets et/ou des détails très subtils), le système mono-cartouche limitant, les temps de réalisation trop longs, les résultats trop aléatoires (bords qui rebiquent, rendus variables selon l'orientation choisie, usage de raft qui marquent la pièce…). Ces points sont en partie solutionnés sur des imprimantes plus haut de gamme, comme la CubeX du même constructeur ou la Replicator 2 de Makerbot, mais à des tarifs dépassant les 2 000 voire 2 600 $. Par ailleurs, on reste toujours cantonné à du matériau plastique et le mélange des couleurs, bien qu'à l'étude chez 3D Systems, n'est pas encore d'actualité.

Replicator 2
La Replicator 2 de MakerBot

3D Systems va également devoir peaufiner certains aspects ergonomiques et pratiques. Trouver une alternative à la colle qu'on ne sait jamais trop quand appliquer (un film plastique double face par exemple), rendre automatique le paramétrage de la hauteur de la tête d'impression, permettre la reprise d'un processus après une interruption (volontaire ou inopinée), avertir quand la taille de l'objet est trop petite pour bien restituer les détails ou encore contenir davantage les nuisances sonores.

Il faudra enfin réfléchir à des méthodes pour lever d'ultimes barrières. La tâche est ardue puisqu'on touche ici à des freins inhérents au principe même de l'impression 3D. La grande complexité de la modélisation en 3D pour ceux qui voudraient concevoir leurs propres objets, l'ajout par l'imprimante de pilotis de support pour les zones d'impression situées dans le vide, la gymnastique intellectuelle nécessaire pour optimiser le sens de l'objet afin de contourner les aléas d'impression, l'inadéquation pure et simple de certains sujets avec cette technologie.

Tout cela mis bout à bout, l'enthousiasme que suscite la Cube retombe trop vite pour légitimer la dépense de 1 499 €. Du moins chez Mme Michu. Aussi, en guise du grand public ciblé, 3D Systems devra vraisemblablement se contenter d'un public d'early adopters, des technophiles avec des moyens financiers confortables qui aiment essuyer les plâtres par curiosité et amour de l'innovation. Comme avec les graveurs CD à la fin des années 90. Il n'empêche que cette technologie reste à nos yeux prometteuse, et nous avons pris grand plaisir à découvrir via la Cube de 3D Systems un des premiers modèles du genre. Nous jaugerons le succès récolté aux premiers chiffres de ventes, lors de la commercialisation de la Cube à partir de la mi septembre. Et la suite, nous l'attendons impatiemment, avec des perspectives alléchantes comme la Buccaneer annoncée pour décembre à 347 $ !

Buccaneer
La Buccaneer, un projet ambitieux

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Article du Vendredi 7 Juin 2013 par Aurélien Audy

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