Modèles Cristallins
Modélisation des systèmes cristallins
Camille Labbey
Alexandre Dubois
Objectif : réaliser de plusieurs sets des systèmes cristallins à but pédagogiques. Une version sans éléments de symétries et une version avec éléments de symétries ( corrections du tp) et indice de miller.
27/01/2023
Aujourd'hui :
5 sets ( base + corrections ) sont demandés plus un élaboré pour le professeur.
Dimensions : environ 15cmx15cm.
liste des systèmes : triclinique, monoclinique, orthorhombique, hexagonal, quadratique, rhomboédrique, cubique
On a regarder certains minéraux sur le logiciel vesta afin de savoir à quoi ça ressemble.
Il y a une possibilité d'imprimer les fichiers en stl à partir de vesta mais uniquement sans les axes de symétries.
De base, on voulait faire de l'impression en couleur mais on peut pas.
Nous sommes partis sur de l'impression 3d avec polymères ou résines avec gravures.
Dans un premier temps, on veut créer les sets mailles primitives à l'aide d'Openscad. le but étant de réaliser une base de données utilisable par les futures étudiants et leur permettant de modifier les paramètres des mailles. Ensuite, on rajoutera les éléments de symétries
semaine pro
tester flocage + impression
demander à Monsieur Chasse la liste précise de tout les éléments de symétries qu'il souhaite voir apparaitre sur les systèmes ( axes, plan et translations )
demander si on fait apparaitre tout les éléments de symétries sur un seul modèle ou si on fait plusieurs modèle par système
on va essayer de réaliser les sept sets de base et éventuellement un système avec gravures.
03/02/2023
Camille a fait un code pour que les élèves de Monsieur Chassé puissent chercher les systèmes cristallin.
Alexandre a réaliser une première impression et fait un système avec des éléments de symétrie.
Systèmes monocliniques noirs
07/02/2023
Lancement des premières impressions des systèmes quadratiques, monocliniques et orthorhombiques avec des éléments de symétries pour savoir
08/02/2023
échec de l'impression des systèmes orthorhombiques et quadratique à cause des supports. Il n'y en avait pas assez., les monocliniques sont fragiles, les axes pas assez robustes, les miroirs laids, et il y a une erreur d'inclinaisons des angles.
10/02/2023
récupération des systèmes monoclinique, quadratiques et orthorhombiques. Le monocliniques est un test afin de savoir qu'elles sont les meilleurs représentations des axes. Il manque des éléments de symétries sur le quadratiques. Après avoir discuté avec Monsieur Chassé, il ressort que la taille lui convient. On peut voir sur l'image de gauche du marqueur ( de tableau) sur la maille. Une des requêtes de Monsieur Chassé est de pouvoir écrire sur les système dit d'entrainements et ensuite d'effacer. également, si les premières impressions sont parlantes, il va falloir faire des modèle en se basant sur des proportions existant dans le monde réel. Pas d'exagération, pour éviter des erreurs de représentation. Par ailleurs, faire attention à la longueurs des axes, ne pas trop les exagérer non plus.
Les programmes pour que les étudiants puisse faire joue-joue avec les système en 3D sont terminés, il y en a deux version.
Les couleurs retenues sont celles sur lesquelles on peut écrire donc le blanc en majorité
version A_D
objectif à venir,
vérifier si il est possible d'éffacer avec un marqueur un des polygones,
tester l'éthonol pour savoir si ça endommage les impressions car l'éthanol supprime les marqueurs ( à voir si c'est rentable),
tester les impressions ne résine le moment venu
tester avec Monsieur Pierre la "lisseusse", un instrument chauffant pour lisser les polygones, regarder si on peut faire des sticker avec la découpeuse vinyl afin de pouvoir écrire dessus. Regarder si on peut les recouvrir de plexiglass avec la découpeuse à eau.
Terminer tout les systèmes de correction ( donc avec les éléments de symétries),
étaient fait : tricliniques, orthorhombiques, quadratiques, monoclinique, il faut donc faire les rhomboédriques, cubique et hexagonal.
Par ailleurs, si on termine rapidement, il sera envisager de refaire des mailles de minéraux existant réellement.
12/02/2023
I- Systèmes cristallins classiques
Système cubique :
Système orthorhombique :
Système quadratique :
Système Rhomboédrique :
Système hexagonal :
Système monoclinique :
Système triclinique :
II- Systèmes cristallins avec symétries
Pour chacun des systèmes cristallins :
- Les axes A4 sont modélisés par les losanges
- Les axes A3 sont modélisés par les triangles
- Les axes A2 sont modélisés par des ellipsoïdes
- Les plans miroirs sont modélisés par des quadrilatères très fins sur chaque facette puis soustrait à la forme cubique initiale (fentes vertes sur la figure ci-dessous).
Système cubique :
Système orthorhombique :
Système quadratique :
Idée William :
1 faire un rummikcube pour mettre en valeur les miroirs
2 Faire un axe A3 où on peut aire glisser le cube et le visualiser en triangle et où on peut couper le cube en 2.
3 Faire un trou universel pour pour les axes et ainsi tester en les plaçant dedans voir comment ça tourne.
4 faire une vue exploser du cube pour bien visualiser les éléments de symétrie
idée Monsieur Pierre :
découpe vinyl pour utiliser un rouleau velleda à la forme parfaite du modèle ave inkscape ( permet de faire du vectorielle)
lisser la surface avec le able chauffant ou le fer à chauffé( décapeur thermique)
avec chauffage à fer, on déforme la structure
vérifier avec l'épaisseur de la découpeuse vinyl la documentation
17/02/2023
Essai de troncature du système cubique (cubo-octaédre) :
Essai de troncature du système cubique avec symétries (cubo-octaédre) :
Ensuite, il a fallu passer au Fablab biologie à l'atrium pour demander des informations sur l'imprimante résine (ce dernier était fermé). J'ai été 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 Fables chimie, m'a expliqué qu'il été préférable de lancer l'impression jeudi étant donné que si nous commencions l'impression vendredi soir, la résine continuera a polymériser durant le week-end et endommagera le matériel. Je vais lui envoyer un mail ce week-end pour prendre rdv avec lui dans la semaine (si c'est ✓, le système cubique devrait être prêt pour vendredi prochain). Dans la semaine, il serait bien de passer au Fablab chimie pour demander des résidus de résine afin qu'on puisse tester les Velleda sur les échantillons. Alexandre m'a dit que les Vellada BIC étaient les plus difficiles à enlever.
Pour palier à ce contre-temps, Pierre m'a expliquer comment utiliser le logiciel IdeaMaker pour les impressions 3D. L'impression du système cubique en haute résolution avec une coque très fine et un remplissage de 15% à ainsi pu être lancé. On pourra ainsi tester le rendu "final" que pourrait donner l'intégralité des systèmes. En principe l'impression devrait être terminer ce week-end. Je passerai la récupérer mardi (en espérant que l'impression se soit bien déroulée).
En parallèle Alexandre, a travailler sur le système rhomboédrique avec symétrie. Une fois les problèmes de trigonométrie résolu pour ce système, nous aurons l'intégralité de nos systèmes classiques et avec symétries.
Dans un second temps, il nous faudra résoudre les problèmes de surface des pièces, c'est à dire obtenir les surfaces les plus lisses possibles (pour éviter l'absorption du fluide (des stylos) dans les porosités de surface => La résine peut être une solution (mais à voir si la trace d'encre laissé par le stylo pourra s'effacer facilement). Une autre solution serait d'utiliser la découpeuse vinyle pour recouvrir nos formes classiques d'une surface compatible avec les stylos Velleda (cette solution risque de s'endommager rapidement au fil des utilisation par les étudiants). Pour les axes de symétries des différents systèmes, trouver le meilleur rapport entre longueur des axes qui dépasse et épaisseur pour éviter que les étudiants cassent les pièces facilement. Il sera préférable de ne faire dépasser les axes qu'un petit peu et d'augmenter leurs épaisseurs (pour les rendre plus résistants).
Dans un troisième temps, pourquoi pas créer deux boites à la découpeuse laser ou autre pour ranger proprement d'un part les systèmes classiques et d'autre part, les systèmes avec symétries. (Alex t'en pense quoi ? ).
24/02/2023
Résultat de l'impression avec la plus fine définition :
La définition ultra haute résolution donne un rendu plus net (cf deux premières images). Cependant, les axes situés sur la facette inférieure de la pièce n'ont pas été correctement imprimé. De plus, on s'aperçoit que la facette inférieure n'est pas line du au socle très épais et difficile à retirer (pour les prochains essais, penser à utiliser des supports plus grossiers et de surface plus grande que la surface de la facette).
Pour enlever les supports, il a fallu utiliser un cutter ultra-son (cf photo 1 ci-dessous). Puis pour obtenir le moins de résidus, limer le surplus de matière sur la facette inférieure (cf photo 2 : rectangle de droite limé et rectangle de gauche non limé).
Réalisation d'essais de traces de stylo sur des échantillons de résine du Fablab Biologie/Chimie :
Le premier marker bleu laisse seulement une fine trace après l'avoir effacé (comparaison image 1 et 2). Les autres marker quant à eux laissent une marque. Cependant, le BIC Velleda vert ne laisse pas de trace sur les échantillons de résine (même après une heure d'attente avant de l'enlever). Il serait donc pertinent, d'imprimer nos systèmes cristallins à l'imprimante résine avec une résine de préférence translucide.
Il nous reste les axes de symétries à réaliser sur le systèmes rhomboédrique car il y a encore quelques problèmes avec les inclinaisons de certains axes et plans miroirs.
Objectif de fin de projet : Construire une boite à la découpeuse laser avec des crans sur chaque facette de cette dernière pour assembler chaque partie de la boite. Puis créer un support en mousse à mettre à l'intérieur de la boite pour positionner nos systèmes.
10/03/2023
le rhomboèdrique marche, il a été trouvé,
la définition des points et des translations
depuis plusieurs semaines, nous étions bloqué sur le cas du rhomboèdrique car contrairement aux autres systèmes, l'automatisation de celui-ci ne marchait pas pour la pose des axes. Alors, après avoir essayé de les modifier, nous avons vérifier si la figure était bonne en comparant les longueurs des diagonales des faces. Elles étaient différentes.
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. D'une part le triangle rectangle entre la translation en x, la longueur a( hypothénuse) et la hauteur mais également via les coordonnées du vecteur BE, et BD dont on a comparé les normes.
a=6.36;
alpha=46.6;
ralpha=alpha*3.14/180;
x=a*cos(alpha/2);
y=a*sin(alpha/2);
//P= 2*a*sin(alpha/2) ;
P=a*sqrt(3)*tan(alpha/2);
g=alpha/2;
x1=(y)^2;
x2=(x)^2;
x3=2*x;
tx=(a^2-3*x1+x2)/x3;
tz=sqrt(a^2-tx^2);
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
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);
Figure gauche : Représentation dans l'espace des différentes coordonnées du système rhomboédrique. Le losange en trait plein représente la face inférieure du système et le losange en pointillé, la face supérieure du système.
Figure de droite : Equations correspondant aux différentes translations de la face inférieure vers la face supérieure. L'équation en tx correspond à la translation selon l'axe ex et l'équation en tz correspond à la translation selon l'axe ez.
Le code ci-dessus a été fluctuant. En effet, en comparant la norme des diagonales minimales et maximales ces dernières étaient équivalentes.
17/03/2023 :
On a continué la pose des axes de symétries sur le rhomboèdrique.
On a imprimer trois nouveau modèles afin de les recouvrir du film veleda commander et arrivé la semaine du 10/03.
Après avoir lancé le cube, un de ses axes à casser. De manière général, ils sont très fragiles, il va fallirt améliorer ça.
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 chargait pas sur le logiciel de visualisation (Chitubox).
Remplir le bac du volume de résine indiqué sur Chitubox (ici 62 ml).
Les systèmes ont été réalisées simultanément sur la même imprimante et sont de dimension d'environ 2cm. Les systèmes ont été réalisé en résine grise mais il est également possible d'imprimer les systèmes avec de la résine blanche, transparente et noir (il faudra juste faire attention à modifier quelques paramètres avant l'impression).
NB : Essayer l'impression en blanche et transparente pour comparer.
24/03/2023:
Un soucis d'impression (environ 2h d'impression) est survenu. Seule la partie gauche du récipient contenant la résine à imprimer correctement les systèmes.
Ainsi les systèmes imprimer à ce jour sont :
- système cubique classique
- système cubique corrigé
- système monoclinique classique
- système orthorhombique corrigé
- système hexagonal classique
La définition des objets est bien plus nette d'avec l'impression à filament.
Deuxième étapes de traitement pour l'impression résine :
- Décrocher à l'aide d'une spatule en plastique les supports collés aux filmes.
- Décrocher les systèmes des supports
- Transvaser le reste de résine du bac dans le contenant à résine en utilisant un filtre pour permettre aux morceaux d'être bloqués
- Gratter à l'aide de la spatule en plastique les morceaux solides encore accrocher aux filmes.
- Nettoyer à l'aide d'un papier le bac
- Sous la hotte nettoyer à l'aide d'un papier et d'un solvant (propanol) le bac de résine.
- Mettre les pieces dans un grand volume de solvant afin d'enlever la résine liquide présente sur les pièces (à réaliser sous la hotte) --> étape d'environ 5 à 15min en fonction de la taille des pièces.
- Sortir les pièces du solvant et les laisser sécher sous la hotte.
- Nettoyer à l'eau et au savon, le support où étaient suspendu les pièces, les spatules, l'entonnoir et le filtre.
- Afin que les pièces durcissent encore plus, il est préférable d'exposer ces dernières aux UV (naturelle ou en laboratoire).
24/03/2023
Après avoir récupérer les impressions résines, nous avons écrit dessus avec un feutre velleda vert pour savoir si l'on pouvais effacer. La réponse est non. Pourtant au toucher, les surfaces paraissent lisses. Alors avec Monsieur Labrousse, nous avons regarder au microscope un trait vert de velleda sur le cube en résine.
Grossissement du modèle cube x40
On peut voir que la surface comporte des sillons droits. Les parois sont poreuses.
Grossissement x1000.
Cet image est un zoom sur les sillons. On peut voir que l'encre verte restent sur les parties creuses du cube ce qui explique la difficulté d'effaçage du Velleda par rapport au tableau blanc.
En haute à gauche : vu de la surface analysé en fonction de la hauteur. Bleu étant 0 micromèetre et rouge 18.
Haut à droite : coupe de la topographie
en bas : Topographie de la surface grossissement x1000.
Le microscope possède l'option topographie donc on en a profiter pour faire une topographie de la résine. Non seulement l'échantillon n'est pas lisse, il possède des sillons mais en plus, il y a clairement une pente. On pourrait éventuellement tester l'acétone ou l'éthanol pour savoir si on peut effacer le feutre sans abimer l'échantillon. Cependant, il semblerait que les impressions résines soient plus résistantes que les impressions PLA, on pourrait faire les modèles corrections en résine afin de préserver le plus possible les axes qui restent trop fragiles.
Dans un second temps, après avoir commandé un film Velléda, nous avons pu tester la découpeuse vinyle afin de recouvrir de ce film des modèles d'exercices. Nous avons fait trois tests pour recouvrir les solides. Le cube est couvert un patron ayant presque exactement ses dimensions. le rhomboédrique par 6 losanges tous identiques proche de la taille réel des losanges de celui-ci. Le monoclinique par un patron plus grand que l'échantillon afin de prendre en compte le pliage du patron. La meilleur solution est celle du patron sur-mesure. Le patron trop grand a nécessité une découpe à l'aide du cutter à ultra-son. Le rendu n'est pas propre. Le rhomboédrique à perdu une face. En effet le film colle mais parfaitement. Les faces du cubes se décollent. Seul le rhomboédrique conserve bien tout ( sans doute carle cutter ultrason à légèrement fait fondre le film sur le modèle).
L'avantage de cette solution c'est que l'impression, PLA reste plus pratique celle en résine, nous pouvons également faire des échantillons avec des traits filaments plus gros ce qui prend moins de temps, comme les modèles sont recouverts ensuite, cela ne se voit pas. Les modèles résistent à une chute de 1m (hauteur de bureau). Le film velléda s'efface très bien même après avoir attendu
Mais, le film se décolle, c'est compliqué d'obtenir un rendu extrêmement propre car ce n'est pas une machine qui recouvre mais la main humaine. Si l'on doit faire 5 set complets, ça prendra du temps. Cette solution existe déjà. En effet, la faculté possède 7 modèles grandes tailles tous recouverts de film velleda. de ce fait, le travail perd un peu de sa pertinence.
Afin de savoir quelle solution adopté, nous allons prendre rendez-vous avec Monsieur Chassé.
Photo des trois modèles recouvert de film velleda, le cube a des arrêtes de 3cm
31/03/2023
Nous avons vu Monsieur Chassé afin de faire le point sur l'avancé du projet.
Après avoir discuté avec lui, nous allons faire les systèmes recouverts de velleda pour les modèles d'exercices.
Les modèles de corrections seront réalisés avec les impressions résines. Nous espérons qu'ils seront plus résistants que les modèles en PLA.
Nous avons donc définis des dimensions précises pour chaque systèmes d'entrainement afin qu'ils soient facilement reproductibles en cas de perte/ de casse ou de vol. Pour éviter au maximum des soucis d'impressions nous voulions utilisé deux imprimantes pour imprimer les 35 modèles (7*5). Cependant une des imprimantes n'a pas marché donc il n'y en aura que la moitié pour le moment.
Par ailleurs, les dimensions pour créer les modèles sont toutes des dimensions de vrais minéraux.
Si nous parvenons à terminer rapidement ça, nous allons ensuite réalisé une boite afin de protéger des chocs, pertes, mais également de préserver la colle.
Fichiers stl corrections
Symétrie_orthorhombique_correction .stl
tiers_d'hexagonal_correction.stl
Symétrie_quadratique_correction .stl
Symétrie_cubique_correction.stl
Le papier velleda colle mal. Nous avons du utilisé une colle. A voir si celle-ci tiendra.
Il semblerait que la colle Loctite 406 adhère mieux sur le plastique.
08/04/2023
Ci dessous, les fichiers stl pour refaire les impressions des modèles d'entrainements.
ON a eu un problème d'impressions sur les 16 modèles lancé la semaines 7 ont été imprimés mais seuls 3 ou 4 sont exploitablels, les autres ont trop de défaut pour être recouvert de papier velleda.
On a eu des soucis par rapport à la découpeuse vinyl aussi pour la faire fonctionner. D'autre part, comme elle est précise au mm et les impression à + ou - 0.4 mm, il faudra voir comment cela impacte le recouvrement de modèle. Par ailleurs la quantité de film nécessaire pour la bonne réalisation du projet semble grande mais c'est un détail.
De ce fait, les impressions sont lancées petit à petit les unes après les autres ce qui nécessite un temps considérable.
Pour la colle, après une semaine où le cube et le rhomboèdre recouvert de film et de colle ont été malmené par des poches, aucun décollement n'est repérable.
12/04/2023
Les modèles de corrections sont tous soient en cours d'impressions soit terminés.
Il faudra juste les recouvrir.
14/04/2023
Une impression résine a été réalisé jeudi 13/04/2023 pour les modèles cristallins avec axes et plans miroirs. Contrairement au prototype, ces derniers ont été imprimer avec un volume plus conséquent. Les axes ont été épaissi et la longueur des axes dépassant des modèles raccourci afin de limiter la casse à long terme.
Malheureusement, suite à une erreur de notre part, le volume de résine nécessaire à l'impression a été minimiser. De ce fait, les modèles ont été partiellement imprimé. Pour pallier à ce contre temps, un nouveau rdv est fixé la semaine prochaine.
--> penser à ajouter les photos
Les systèmes corrigés sont enfin tous terminés => à ce jour il nous manquait le rhomboédrique.
Nous avons eu un problème avec la découpeuse vinyle => on cherche à résoudre ce problème.
Avec Pierre, on a exposé les différentes possibilités pour la fabrication de la boite (si on a le temps) :
- boite en bois avec couvercle en plexiglass pour voir correctement les modèles
- mettre les modèles dans de la mousse prédécoupé avec des formes simples puis faire des détails aux cutters.
- graver les noms des modèles sur le plexiglass.
- etc...
La semaine prochaine il faudra coller les patrons de welleda sur les formes classiques.
21/04/2023
On a enfin pu faire utiliser la découpeuse vinyl : il fallait un macbook pour la faire marcher.
On a commencer à recouvrir quelques modèles.
Photo de la découpeuse vinyl avec le film velleda dessus.
photo des premiers modèles terminés.
Il est à noter qu'une colle est obligatoire pour bien adhérer le film au modèle.
Les fichiers ci-dessous sont ls fichier avec les bons patrons pour la découpeuse vinyl ( sauf l'héxagone qui a une de ses face un petit peu trop petite)
Le film est par contre complétement utilisé, normalement on va en avoir un nouveau.
fichier découpeuse vinyl
rhomboèdrique + triclinique + quadratique + monoclinique qui marchent.gstudio
On a remarquer une petite déformation sur certains modèles, comme il y a un peu de rab ça devrait aller mais bon .