Modèles Cristallins

27/01/2023

Aujourd'hui nous avons vu avec le professeur ce qu'il souhaite pour le projet. Nous devons réaliser cinq sets d'entrainements et la correction qui va avec. Pour cela , nous allons principalement utilisé l'impression 3D que ce soit avec de l'acide polyactique (PLA) ou de la résine. Les deux nécessitent des fichiers au format stl. Nous sommes partit sur des modèles de 15cmx15cm. Nous avons commencé par visualiser avec Vesta certains minéraux pour savoir à quoi ils ressemblent. Nous avons alors remarquer qu'il est possible de faire le fichiers stl à partir de Vesta.  Cependant, il n'est pas possible de faire les axes de symétries. Dans un premier temps nous allons recréer les mailles primitives à l'aide d'Openscad pour réaliser une base de données utilisable par les étudiants où ils pourront modifier les paramètres de mailles à leur guise.  Une fois la base de donnée constituée, nous pourrons ajouter les éléments de symétries sur les mailles. Nous sommes partis sur des gravures pour représenter les éléments de symétries. 

Pour la semaine prochaine, il serait bien que nous testions les impressions 3D et le flocage. C'est une technique qui nous permettrais de rajouter les éléments de symétries sur les polygones.  

03/02/2023  

Camille réalisa un code pour que le élèves de M. Chassé puissent retrouver les systèmes cristallins. Ce code est censé marcher pour tout les systèmes. C'est à dire qu'en rentrant les paramètres a, b, c, alpha, bêta et oméga, le logiciel Openscad recréer la maille voulue.  Pendant ce temps, Alexandre réalisa les premières impressions ainsi que le système monoclinique avec ses éléments de symétries afin de savoir comment cela rend (prise en main, poids, taille). Openscad permet de fabriquer les fichiers stl mais il faut ensuite les rentrer dans IdeaMaker pour les rendre compatibles avec les imprimantes du Fablab, organiser le plateau, la qualité d'impression et éventuellement agrandir ou rétrécir les modèles. Les imprimantes PLA se situent dans l'espace prototypage.

Première impression en PLA : deux systèmes monocliniques

07/03/2023 

 Nous lançâmes les impressions des systèmes quadratiques, monocliniques et orthorhombiques avec des éléments de symétries. Il est compliqué juste avec Openscad de bien ajuster les tailles des axes ou des miroirs par rapport à celle de la maille. Cette impression est un test pour savoir à qu'elle point éléments doivent être gros. 

08/02/2023 

Lorsque les modèles à imprimer deviennent complexes, il est parfois nécessaire d'utiliser des supports pour stabiliser la structure et donner un sol sur lequel l'imprimante peut construire sa réalisation. Les impressions de la semaine dernières ont ratées vraisemblablement à cause de la mauvaise gestion des supports.  Soit il n'y en avait pas assez, soit il furent trop fins.

Echec de l'impression de quatre modèles : deux quadratiques et deux orthorombiques

Seules les monocliniques furent épargnés. Cependant, les axes sont minuscules ce qui le rend extrêmement fragiles et les miroirs font brouillons. De plus, il y a une erreur dans le codage de ces monocliniques. En effet, ils n'ont pas été définis à partir des paramètres a, b, c, alpha, bêta et oméga mais à partir de coordonnées dont certaines erronées. 

Premières impressions avec axes de symétries 

10/02/2023

Nous avons relancé des impressions PLA des systèmes monoclinique (avec des bonnes dimensions cette fois-ci), quadratique et orthorhombique. Nous avons agrandis et grossis les axes. Sur les impressions ci-dessous plusieurs choses peuvent être remarquées. Déjà, le monoclinique est un test de représentation inversée. Au lieu de faire ressortir les axes, nous les avons creusés et au lieu de gravé le miroir, nous l'avons fait ressortir. Cette visualisation ne sera pas gardée.

Ensuite, pour les deux autres modèles, la forme des axes varies. En effet, celle-ci est codifiée et correspond à la valeur de l'axe. Si l'axe permet de faire 2 rotations, il sera ovale, 3 c'est un triangle, 4 un carré, 6 un hexagone. Enfin, sur le quadratique il manque quelques éléments de symétries. 

Nous nous sommes alors entretenu avec M. Chassé. La taille de ces modèles lui convient. En outre, nous pouvons voir sur le monoclinique les traces d'un marqueur pour tableau qu'il a fait. Notre professeur souhaite que ses étudiants puissent dessiner sur les futures modèles d'entrainements puis effacer. Pour cette raison, les impressions finales d'entrainements seront blanches pour mieux voir l'encre. Par ailleurs, les premières impressions ont été conçues en exagérant les proportions de manières à être le plus explicite possible. Elles ne sont pas, pour cette raison, représentatives de la réalité. M. Chassé nous demanda de caler les paramètres des modèles sur des minéraux existant pour éviter les erreurs de représentations.  Il nous précisa ensuite de faire attention à la longueur des axes. M. Labrousse continua en sens en ajoutant que des axes long sont fragiles. 

A présent il existe deux versions des programmes Openscad pour les étudiants afin que ceux-ci puissent s'amuser. 

 Camille met ta version de base ici ( la version qui marche pas)

Nous repartons donc aujourd'hui avec beaucoup d'objectif : 

• vérifier s'il est possible d'effacer le marqueur des impressions PLA comme résine,
• tester l'éthanol pour savoir si il endommage les impressions car ce solvant permet d'enlever les marqueurs,
• faire des impressions résines,
• essayer avec M. Théry la lisseuse, un instrument chauffant pour lisser nos productions,
• regarder si avec la découpeuse vinyle on nous pourrions coller des sticker afin d'écrire sur les modèles,
• voir si nous pouvons, à l'aide de la découpeuse à eau, recouvrir nos productions de plexiglas,
• terminer toutes les corrections. Actuellement, il nous manque les rhomboédrique, cubique et hexagonal.

Par ailleurs, il est envisagé sous réserve que nous terminions rapidement de reproduire des mailles de minéraux existant. C'est à dire avec les motifs (atomes ou molécules) dedans. 

12/02/2023

Les systèmes classiques sont tous terminés pour les modèles simples (voir Systèmes cristallins classiques) et une partie des modèles avec axes aussi. (voir Systèmes cristallins avec symétries). Nous avons tester la lisseuse. Elle a déformé notre modèle. A la place, M. Théry nous proposa d'utiliser la découpeuse vinyle pour coller un papier Velléda sur nos impressions en PLA afin d'avoir les formes parfaites. Cela nécessiterai l'utilisations du logiciel Inkscape pour avoir le chemin vectoriel. Il faut juste vérifier les dimensions du film pour savoir s'il est compatible avec la découpeuse. Nous pourrions également tester de lisser la surface avec du sable chauffé puisque le fer chauffé déforme la structure. Enfin, plusieurs personnes nous conseillèrent de faire un trous universel dans les modèles puis de laisser les étudiants trouver quels axes correspondent à quels cavités. Mais nous garderons pas cette propositions pour plusieurs raisons. D'abord, souvent les axes se rencontrent au centre de la maille. Pour éviter qu'il ne se gêne il faudrait les raccourcir de façon précise.  Mais le principal problème rencontré concerne le maintien des axes au sein de la structure. Il faudrait créer un système de clefs et de serrure pour éviter que les axes ne tombent en manipulant le modèle. 

17/02/2023

Lorsque qu'un minéral est trouvé dans la réalité, souvent sa forme ne correspond pas à sa maille primitive. Il a été découpé selon des plans bien précis. On parle alors de troncature. Ci-dessous, il s'agit de la réalisation de troncatures pour le système cubique. 

Essai de troncature du système cubique (cubo-octaédre) :

Essai de troncature du système cubique avec symétries (cubo-octaédre ou dodécaèdre ?) :

Au sein de la faculté les impression résine dépendent du Fablab de biologie/chimie. Il fallu passer au Fablab biologie à l'atrium pour demander des informations sur l'imprimante résine mais il était fermé. Camille alla faire un tour au Fablab chimie pour savoir si il était possible de lancer une impression résine du système cubique avec axes de symétries. Cependant, le responsable du Fablab de chimie, m'expliqua que les impressions doivent être lancées le jeudi. La résine est un fluide qui se polymérise sous l'effet des UV. Il faut stopper manuellement la réaction pour éviter des dégâts sur les produits. Si les impressions étaient lancées les vendredis soirs, au retour du week-end, elles seraient abimées ainsi que le matériel. Camille enverra un mail ce week-end au gestionnaire afin de convenir d'une date.  Egalement, il serait bien d'écrire sur des échantillons de résine afin de savoir si nous pouvons effacer le marqueur. Comme les BIC Velléda sont les plus compliqués à enlever, nous allons faire nos essais de dessins avec. 
L'impression du système cubique en haute résolution avec une coque très fine et un remplissage de 15% à ainsi pu être lancé. Il s'agit de la première impression haute résolution effectuée. Si au touché elles sont plus lisse et visuellement plus jolie, la durée d'impression est beaucoup plus longue. Nous pourrons ainsi disposer d'un aperçu du rendu "final" que pourrait donner les systèmes. En principe l'impression devrait être terminer ce week-end. 
En parallèle, nous nous sommes rendu compte que les programmes servant à recréer les mailles ne fonctionne pas pour le systèmes rhomboédrique. En effet, en comparant la taille des diagonales des faces, nous nous sommes rendus comptes qu'elles étaient toutes différentes. Or, le rhomboèdre est composé de 6 losanges identiques. Il faut donc recoder ce système complètement puis ajouter les axes dessus. Cela signifie également un disfonctionnement des programmes les rendant inaptes à l'enseignement.  Il s'agit du seul système nous faisant défaut. 

Dans un second temps, il nous faudra résoudre les problèmes de surface des pièces, elles doivent être les plus lisses possibles pour éviter l'absorption de l'encre au sein des porosités. La résine pourrait être une solution. En effet, si le film Velléda ne tient pas ou bien qu'il est abimé par les étudiants, le projet ne sera pas viable sur le long terme.

Les axes de symétries sont définitivement trop fragiles. Au moindre choc, chute, transport dans une poche, ils se cassent. Il faut trouver un meilleur rapport entre longueur/épaisseur des axes pour les préserver au maximum. Des axes plus petits mais plus large semblent être adaptés.  

Dans un troisième temps, nous pourrions créer deux boites avec la découpeuse laser ou un autre appareil pour ranger proprement tout les systèmes.

24/02/2023 

L'impression du cube a partiellement fonctionnée. Les axes situés sur la face inférieure n'ont pas été correctement imprimés.  En outre, cette face aussi souffre d'un défaut puisqu'elle n'est pas lisse. Cela est dû au socle très épais, difficile à retirer. En temps normal, les structures supports partent relativement facilement. Cependant, ici il a fallu utiliser un cutter à ultra-sons pour les couper puis limer le surplus de matière de la face postérieure. Pour les prochains essais, il serait bien d'utiliser des supports plus conséquents et plus large que la face du cube.  Le reste du modèle est parfaitement imprimé, la surface est beaucoup plus aboutie que les autres modèles et les axes plus petits devraient mieux résister.

. 

   Résultat de l'impression avec la meilleure résolution : 

  Photos de la face ratée avant et après limage

Cutter à Ultrason

Réalisation d'essais de traces de stylo sur des échantillons en résine :

Lorsque nous reçurent pour la première fois les échantillons en résine, il nous est apparu que certains markers pouvaient être effacé. Les markers bleu et vert semblent être adaptés à notre projet puisqu'effaçable même après une heure d'attente. Ainsi, l'utilisation de résine translucide semble être une des solutions répondant aux critères de M.Chassé. 

Pour la semaine prochaine, nous devons continuer à chercher les axes et plans miroirs du système rhomboédrique. En effet, il n'est toujours pas codé de façon correcte.  

Par ailleurs, la boîte de fin de projet pourrait être construite à la découpeuse laser. Des crans sur chaque côtés de celle-ci serviraient à l'assemblage chacune de ses faces. Enfin, l'intérieur comporterai de la mousse afin de préserver les impressions. 

10/03/2023

Le code du système rhomboédrique a enfin été trouvé. Depuis plusieurs semaines, nous étions bloqué sur lui pour son automatisation au sein d'Openscad. Pour des valeurs de paramètres conforme à la définition du rhomboèdre (a=b=c, alpha=bêta=gamma), les losanges obtenus différaient les uns des autres.  Nous nous en sommes rendu compte grâce aux axes. Il était impossible de les baser sur nos paramètres. Il fallait à chaque fois tâtonner au cas par cas là où pour les autres systèmes tout est automatique. Cela pris 3 semaines pour réussir à comprendre comment définir les longueurs de ce polyèdre. Par ailleurs, comme ce système ne marchait pas dans les codes d'amusement des futurs étudiants à cause de la complexité des coordonnées, il est plus que probable que les codes ne marche pas pour le système triclinique. Il dispose de trop de translation interdépendantes les unes des autres pour être aussi simple à coder. Si nous disposons d'un peu de temps à la fin, il pourrait être intéressant de trouver comment le créer dans Openscad. 

Après avoir tester plein de variantes différentes, c'est finalement via la résolution d'un système à deux inconnus que les translations ont été trouvés. C'est en effet le passage de la structure 2D en 3D qui posait problème. D'une part le triangle rectangle entre la translation en x, la longueur a( hypoténuse) et la hauteur mais également via les coordonnées du vecteur BE, et BD dont on a comparé les normes. 

Schémas de la solution

//variable
a=6.36;
alpha=46.6;

//définition des translations

ralpha=alpha*3.14/180;
x=a*cos(alpha/2);
y=a*sin(alpha/2);
x1=(y)^2;
x2=(x)^2;
x3=2*x;
tx=(a^2-3*x1+x2)/x3;
tz=sqrt(a^2-tx^2);

//polyèdre
A=[0     ,0  ,0  ];
B=[x     ,y  ,0  ];
C=[2*x   ,0  ,0  ];
D=[x     ,-y ,0  ];
E=[tx    ,0  ,tz ];
F=[tx+x  ,y  ,tz ];
G=[2*x+tx,0  , tz];
H=[tx+x  ,-y , tz];
points=[
A,
B,
C,
D,
E,
F,
G,
H];
face=[[0,1,2,3],//sol
      [4,5,1,0],//au dessusi
      [7,6,5,4],//derrière
      [5,6,2,1],//droite
      [6,7,3,2],//gauche
      [7,4,0,3]];//devant

//vérification
polyhedron(points,face);
v1=B-E;// B et E
v2=H-F;// F et H
v3=A-F;
v4=A-C;
nv1=norm(v1);
nv2=norm(v2);
nv3=norm(v3);
nv4=norm(v4);
echo(nv1,"norme de v1");
echo(nv2,"norme de v2");
echo(nv3,"norme de v3");
echo(nv4,"norme de v4");
echo (tx,tz);

Code pour le rhomboèdre

Il est a noté que ce code marche également pour le cube si les angles sont égaux à 90°, c'est pour cela que dans la définition du rhomboèdre, les angles doivent être différents de 90°. 

17/03/2023 

Nous continuâmes la pose des axes de symétries sur le rhomboèdre. En parallèle, trois nouveaux modèles en PLA furent imprimés afin de les recouvrir de papier film Velléda. La commande que nous avions passé est arrivée la semaine dernière.  Enfin, le cube fut projeté afin de tester leur résistance. Certains furent cassés, leur durée de vie est donc le principal souci pour les modèles correctifs.

22/03/2023 : 

Une impression résine à été lancé pour les systèmes suivant : 
- cubique classique 
- quadratique classique 
- orthorhombique classique
- monocline classique 
- triclinique classique 
- hexagonal classique
- cubique corrigé 
- quadratique corrigé
- orthorhombique corrigé 

Il était initialement prévu d'imprimer le rhomboédrique classique. Cependant, le fichier slt ne se chargeait pas sur le logiciel de visualisation Chitubox. L'utilisation de l'imprimante en résine est plus technique et plus coûteuse que celles utilisant le PLA. De plus le bac doit être rempli de façon mesuré avant l'impression pour éviter d'être en manque de résine pendant la fabrication des modèles. Ici il fallait 62ml.

Les systèmes furent réalisés simultanément à l'aide d'une seule imprimante en résine grise. Il font environ  2cm de long. C'est plus petit que les autres impressions mais cela permit de tous les avoirs rapidement. Nous pourrions les avoirs en blancs, noirs ou transparents. Ce serait bien d'essayer ces couleurs afin de les comparer.

Les trois modèles en PLA noir de la semaine dernières furent recouvert de papier Velléda. Sur le logiciel Graphtec Studio, il est possible de reproduire soit les faces des modèles soit de créer un patron. Ici le cube est recouvert d'un patron exactement au bonne dimensions. Le patron du monoclinique est légèrement plus grand afin de prendre en compte les déformations dus au pliage. Le rhomboèdre est recouvert par 6 losanges. Il ressort plusieurs choses de ces essais. D'abord, le papier film tient mal sur le PLA. L'usage de colle est obligatoire pour une utilisation pérenne des modèles. Ensuite, les patrons semblent plus adaptés puisque l'une des faces du rhomboèdre est perdue.  D'ailleurs, exagérer les proportions du patrons n'est pas une bonne idée. En effet, les pliages sont disgracieux et il faut couper ce qui dépasse. Même le cutter à ultra-sons n'est pas pratique pour cette besogne. Il fait fondre le film et un peu le PLA. Enfin, le papier Velléda répond parfaitement à la requête de M.Chassé parce qu'il est conçu pour être utilisé avec des marqueurs.                                                                                              Nous utiliserons pour les modèles finaux du PLA blanc afin de masquer au maximum les imperfections de collage. 

Photo des trois modèles recouvert de film Velléda, le cube a des arrêtes de 3cm

Système cubique :

Système orthorhombique : 

Système quadratique : 

Système Rhomboédrique : 

Système hexagonal : 

Système monoclinique : 

Système triclinique : 

Système cubique : 

Système orthorhombique : 

Système quadratique : 

monoclinique_correction.stl

Symétrie_orthorhombique_correction .stl

tiers_d'hexagonal_correction.stl

hexagonal_correction.stl

Symétrie_quadratique_correction .stl

Symétrie_cubique_correction.stl

cubique_dim_fluorite.stl

hexagonal_dim_corindon.stl

monoclinique_dim_chlorite.stl

orthorhombique_dim_andalousite.stl

quadratique_dim_braunite.stl

rhombo_dim_calcite_v2.stl

triclinique V2.stl

rhomboèdrique + triclinique + quadratique + monoclinique qui marchent.gstudio

orthorombique.gstudio 

cube.gstudio 

hexagonale.gstudio