Modèles Cristallins
Modélisation des systèmes cristallins
Comment rendre la compréhension de leurs éléments de symétries plus visuels ?
Camille Labbey et Alexandre Dubois
Encadrants : Loic Labrousse, Pierre Thery, Mathieu Chassé
Sommaire
I- Introduction
II- Objectif du projet
III- Journal de bord
IV- Projet et résultats finaux
a. Systèmes cristallins classiques
b. Systèmes cristallins avec éléments de symétries
c. Fichiers stl des modèles avec éléments de symétries
d. Fichiers stl des modèles classiques
e. Fichiers des patrons pour la découpeuse vinyle
V- Annexe : Logiciels et machines utilisées
I- Introduction
A l'échelle microscopique, les atomes sont ordonnées de façon précise et périodique dans les solides. La plus petite entité permettant de décrire un solide est appelé maille. Ce sont des hexaèdres. Il en existe 7 en toute : triclinique, monoclinique, orthorhombique, hexagonal, rhomboédrique, quadratique et cubique. Elles sont caractérisées par trois longueurs d'arêtes et les trois angles les séparant. Dans cette UE, notre but est de réaliser des reproductions des mailles pour que les étudiants puissent mieux les visualiser et s'entrainer à voir et trouver les éléments de symétries. En effet, ce sont ces éléments de symétrie qui régissent les propriétés macroscopique. Il en existe de plusieurs sortes : axes, plans miroirs et translations. Ici nous ne nous intéressons qu'au axes et au plans miroirs
Schéma d'une maille triclinique (quelconque)
II- Objectif du projet
Réaliser plusieurs sets des systèmes cristallins à but pédagogiques. Une version sans éléments de symétries et une version avec éléments de symétries et indice de Miller. Ces modèles serviront dans le cadre d'un TP de cristallographie en licence de Sciences de la Terre.
III- Journal de bord
Journal de bord
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 lacinq correctionsets quide va avec.corrections. 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.6cmx6cm. 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,gamma, 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 lançâmesavons lancé 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 les 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 orthorombiquesorthorhombiques
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 omégagamma 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.tries (en l'occurence des plans miroirs).
Rendez-vous et bilan de l'avancée du projet
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 demandaa demandé de caler les paramètres des modèles sur desles dimensions de certains minéraux existant pour éviter les erreurs de représentations.sentations et de proportion. 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.
Programme n°1 :
CamilleProgramme metn°2 ta: version
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
onnous 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.existant, C'estde àcoder direles modèles 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 proposaa proposé 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 ne garderons pas cette propositions pour plusieurs raisons. D'abord, souvent les axes s'entrecroisent 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 ?) dre):
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 allaest allé 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 auà gestionnaireSimon Lanis 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:
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.
//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 continuâmesavons continué 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.de corrections.
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.
24/03/2023:
L'impression des modèles en résine c'est déroulé non sans problème. En effet, l'impression de 2 heures n'a fonctionnée que pour les polygones dans la partie gauche du récipient contenant la résine. La définition des objets est bien plus fine qu'avec l'impression à filament.
Ainsi les systèmes imprimer à ce jour sont :
- système cubique classique
- système cubique corrigé
- système monoclinique classique
- système orthorhombique corrigé
- système hexagonal classique
PhotsPhotos des premières impressions en résines
Etapes de traitement pour l'impression résine :
- Enlever à l'aide d'une spatule en plastique les supports collés aux films,
- Décrocher les systèmes des supports,
- Transvaser le restant de résine dans le conteneur à résine à l'aide d'un filtre pour permettre afin de filtrer les morceaux,
- Gratter à l'aide d'une spatule en plastique les morceaux solides encore accroché aux films,
- Nettoyer à l'aide d'un papier le bac,
- Laver à l'aide d'un papier et d'un solvant (propanol) le bac de résine,
- Plonger entre 5 et 15 minutes les pièces dans un grand volume de solvant afin d'enlever la résine liquide résiduel,
- Sortir les pièces du solvant et les laisser sécher sous la hotte,
- Rincer à l'eau et au savon les spatules, l'entonnoir, le filtre et le support où étaient suspendues les impressions,
- Exposer ces dernières aux ultraviolets naturels ou synthétiques pour durcir les pièces.
24/03/2023
Après avoir récupéré les impressions en résines, nous écrivîmes dessus avec un feutre Velléda vert pour savoir si elles sont effaçables. La réponse est non. Pourtant au toucher, les surfaces paraissent lisses. Avec M. Labrousse, nous regardâmes au microscope électronique le trait de Velléda sur le cube en résine. Grâce à celui-ci, nous vîmes des sillons droits apparaître au sein de la surface (grossissement x40). Elle est donc poreuse. L'encre reste dans les parties creuses du cube (grossissement x1000). Le microscope possède l'option topographie. Nous en avons donc profité pour réaliser la topographie de l'échantillon. Il n'est pas lisse à cause de sa porosité et possède un relief. Nous pourrions éventuellement tester l'acétone ou l'éthanol pour regarder si l'encre disparait sans abîmer l'échantillon. En revanche, il semblerait que les impressions en résines sont plus résistantes que les impressions en PLA, nous pourrions faire les modèles correctifs en résine afin conserver les axes qui restent trop fragiles.
Grossissements du cube x40 et x1000
Topographie d'une surface du cube
L'image supérieure droite montre la coupe sur la surface du cube pour un grossissement x1000. Celle en haut à gauche présente une carte de la surface analysée en fonction de la hauteur. Le bleu vaut 0 micromètre et le rouge 18. Enfin, la courbe en bas est la topographie de la surface pour un grossissement x1000.
Dans un second temps, après avoir reçu le film Velléda, nous avons pu tester la découpeuse vinyle afin de recouvrir de ce film des modèles d'exercices.
Les trois modèles en PLA noir de la semaine dernières furent recouvert de papier Velléda. Sur le logiciel Graphtec Studio, il est possible soit de reproduire des 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. Les patrons semblent plus adaptés que le collage face par face. Notamment parque que l'une des faces du rhomboèdre fut 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 ce qui n'est pas évident. Même le cutter à ultra-sons n'est pas pratique pour cette besogne. Il fait fondre le film et un peu le PLA. Ces modèles résistent bien aux chutes depuis un bureau ou plus haut. Par ailleurs, comme le film Velléda est conçu pour être utilisé avec des marqueurs, il n'y a aucun problème pour effacer les écritures. Cependant, le papier film Velléda se colle mal sur le PLA. L'usage de colle est obligatoire pour une utilisation pérenne des modèles. Il semblerait que la Loctite 406 adhère mieux sur le plastique. Comme nous souhaitons réaliser 5 sets de 7 pièces, cela va prendre du temps de recouvrir l'intégralités de nos systèmes. De plus, il existe déjà des modèles d'entrainements similaires. Ils sont beaucoup plus gros mais il n'y a qu'un seul set. Ici, plusieurs groupes pourront s'exercer simultanément.
Cette solution semble être la plus adaptée pour notre projet mais nous en discuteront avec M. Chassé lors de notre prochaine entrevue pour savoir si cela lui convient. Si tel est le cas, alors nous utiliserons du PLA blanc pour les modèles afin de masquer au maximum les imperfections de collage.
Photo des trois modèles recouvert de film Velléda, le cube a des arrêtes de 3cm
31/03/2023
Aujourd'hui, nous rencontrèrent M.Chassé afin de faire le point sur l'avancé du projet. Après avoir discuté avec lui, nous décidâmes de faire les systèmes recouverts de Velléda pour les modèles d'exercices. A l'inverse, les modèles de corrections seront réalisés en résines. Nous espérons ainsi qu'ils seront plus résistants que les modèles en PLA. A cette fin, nous définirent des dimensions précises basées sur les dimensions de minéraux pour chaque systèmes pour qu'ils soient facilement reproductibles en cas de perte, de casse ou de vol (fichiers stl et fichiers stl de correction). 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. Si nous parvenons à terminer rapidement, nous allons ensuite réaliser une boite afin de protéger des chocs, pertes, mais également de préserver la colle.
08/04/2023
Nous avons eu un problème d'impressions sur les 16 modèles lancés la semaines,semaines dernière, 7 ont été imprimés mais seuls 3 ou 4 sont exploitables, les autres ont trop de défauts pour être recouverts de papier Velléda. De ce fait, les impressions seront lancées petit à petit les unes après les autres ce qui nécessitera un temps considérable. La découpeuse vinyle aussi fut compliqué à utiliser. Il fallu demander pour la réalisation des trois tests des semaines précédents l'ordinateur d'une personne ayant déjà réussi à la faire fonctionner 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 des modèles. Par ailleurs la quantité de film nécessaire pour la bonne réalisation du projet semble plus conséquentes que prévu.
En ce qui concerne la colle, le cube et le rhomboèdre qui furent enduit de cette dernière puis malmenés pendant 7 jours. Au terme de la semaine, aucun décollement n'est repérable.
12/04/2023
Les modèles d'entrainements sont tous soient en cours d'impressions soient terminés. Il faudra juste les recouvrir. La découpeuse vinyle ne fonctionne pas. Le logiciel conçu pour communiquer entre la découpeuse et un ordinateur est Graphtec Studio. Cependant, il est impossible de faire communiquer un pc avec la découpeuse. Que ce soit celui d'Alexandre, les ordinateurs portables du fablab ou bien la tour installé spécialement pour la découpeuse. Pourtant celle-ci fonctionne. Après avoir testé plusieurs logiciels, ils semblent compliqué d'identifier la source du problème. C'est embêtant puisque la découpeuse impacte directement le bon déroulement de notre projet.
14/04/2023
Une impression en résine fut réalisée jeudi pour les modèles cristallins avec axes et plans miroirs aux bonnes dimensions. De ce fait, leur volume est plus conséquent. En outre, les axes furent épaissis et leurs longueurs raccourcies afin de limiter la casse sur le long terme.
Malheureusement, nous minimisâmes le volume de résine nécessaire à l'impression. De ce fait, les modèles ont été partiellement imprimé. Pour pallier à cette erreur, un nouveau rendez-vous est fixé à la semaine prochaine.
Photo de l'échec d'impression en résine
La pose des éléments de symétries sur le système rhomboédrique est terminée. C'était le seul manquant.
D'autre part, tout les modèles d'exercices sont imprimés. Il y a au final 7 sets de 7 pièces.
Photo de toutes les impressions d'entrainements
Avec Pierre, nous discutâmes des différentes possibilités pour la fabrication de la boite, sous réserve que nous disposions de temps :
- boite en bois avec couvercle en plexiglass pour voir correctement les modèles,
- mousse prédécoupé reprenant la forme des impressions,
- noms des modèles gravé sur le plexiglass.
Enfin, comme la semaine dernière, la découpeuse vinyle refuse toujours de fonctionner. Nous devrons envisager de faire tout les patrons à la main en découpant nous même sur le film Velléda. Il va falloir remédier à ce problème au plus tard la semaine prochaine afin de commencer la pose du Velléda.
Suite à un nouveau rendez-vous au Fablab Chimie, les systèmes cristallins ont été imprimés en résine blanche. Contrairement au premier modèle, nous avons épaissis les axes et accentué les encoches des plans miroirs. Cependant, les modèles ne sont pas parfaits. En effet, on observe de faibles et de fortes modifications de l'état de surface. Les faces ne sont pas parfaitement tabulaire du à différents facteurs. Tout d'abord, l'imprimante repose sur une table de laboratoire dans un endroit de passage. Ainsi, les mouvements vibratoires sucités par l'environnement extérieur ont pu être enregistrés sur certaines couches. De plus, les modèles étant denses (car ils sont pleins), il aurait fallu augmenter la densité des supports pour éviter un affaissement de la matière du à la gravité. Aussi, on peut remarque des marques de supports à certains endroits des figures. Pour palier à ces imperfections, nous pourrions essayer d'imprimer les modèles sous une hôte qui a la particularité d'absorbé les vibrations que subit l'imprimante. Ou sinon, placer l'imprimante sous une tapis de mousse pour limiter les vibrations perturbatrices. Concernant les supports, il faudrait trouver la bonne configuration entre des supports peu denses qui ne laisseraient pas de trace sur les modèles et des supports denses qui permettraient un meilleur maintien des modèles.
Les modèles si dessous on été placé 2h après impression sur le rebord d'une fenêtre pour qu'ils continuent de se solidifier à l'UV.
21/04/2023
La découpeuse vinyle fonctionne enfin. Il faut un MacBook pour la faire marcher. Le logiciel est toujours Graphtec Studio. Comme Camille possède un MacBook, cela permet d'utiliser la découpeuse. Néanmoins, la raison de ce souci n'est pas connue.
Nous commençâmes à recouvrir quelques modèles. Les patrons furent réaliser sur Graphtec studio puis poser sur les modèles à l'aide d'une colle. Les fichiers sont disponibles dans fichier découpeuse vinyle. Il est à noté que les polygones les plus simples (cube, quadratique, hexagone, orthorhombique) sont recouverts à l'aide de patron là ou le film est découpé face par face pour les polygones compliqués (triclinique, monoclinique et rhomboédrique). D'autre part, le film Velléda est complètement utilisé, il faut en recommandé. En réalité, nous devions en avoir un second mais une erreur fut commise lors de la commande. Le film reçu n'est pas effaçable. Enfin, sur certains cube, il y a la présence d'une courbure. Il va falloir les réimprimés même si cela n'est pas urgent puisque qu'il y a un excédent de modèle provoqué par les 2 sets excédentaires.
Photo des premiers modèles complètements finis
Photo de la découpeuse vinyle avec le film Velléda dessus.
IV- Projet et résultats finaux
Notre projet avait pour objectif de réaliser des sets pour les étudiants des années suivantes en minéralogie. Ainsi grâce à ces modèles cristallins, les étudiants pourront visualiser et manipuler les différentes mailles cristallines constituants la matières.
Même si les mailles sans axes existaient déjà, que ce soit en version physique ou bien sur les logiciels. Celles réalisé dans ce projets seront plus adaptés puisqu'elles seront utilisable par plusieurs groupes dans une classe contrairement aux modèles existants qui n'étaient manipulable que par le professeur pour présenter à ses élèves les cristaux.
Notre travail c's'est décomposé en deux parties. DéjàTout d'abord, recréer avec Openscad les différentes mailles Cristallines. Elle sont toutescristallines définirsfinies par des propriétés mathématiques.géométriques. SePour l'ce faire, on définit un repère en 3D ayant comme axes les arêtes du polyèdre, alors lesde longueurs a,b etb, c représentedu lapolyèdre. longueursQuant de ces axes. Lesaux angles alpha, bêta et gammagamma, sontils représentent les angles respectivementsrespectivement entre (b,cc); (c,aa) et (a,db). CeLes modèles cristallins sont tous des hexaèdres.dres Ilscomposés ontde six faces.
Nom de la maille | valeur de la longueurs des axes a,b et c | angles entre les axes a,b et c. |
Triclinique | a≠b≠c | alpha≠bêta≠gamma |
Monoclinique |
a≠b≠c | alpha=gamma=90°≠bêta |
Orthorhombique |
a≠b≠c | alpha=bêta=gamma=90 |
Hexagonal | a=b≠c | alpha=bêta=90, gamma=120 |
Rhomboédrique | a=b=c | alpha=bêta=gamma≠90 |
Quadratique | a=b≠c | alpha=bêta=gamma=90 |
Cubique | a=b=c | alpha=bêta=gamma=90 |
Nous avons remplacé les valeurs des longueurs et des angles caractéristiques du tableaux par les paramètres de mailles de vrais minéraux (voir fichiers stl).
- Dimensions de la chlorite pour le monoclinique
- Dimensions de l'andalousite pour l'orthorhombique
- Dimensions du corindon pour l'hexagonal
- Dimensions de la calcite pour le rhomboédrique
- Dimensions de la braunite pour le quadratique
- Dimensions de la fluorite pour le cubique
AprèsDans avoirun réaliséssecond cestemps, une fois les modèles,les originaux terminés, nous avons pu rajoutercoder sur Openscad les axeséléments dessusde puissymétries. Les plans miroirs sont modélisés par des fentes (vertes).
I-a- Systèmes cristallins classiques
Systèmemes cristallins classiques sur Openscad
Système cubique :
Système orthorhombique :
Système quadratique :
Système Rhomboédrique :
Système hexagonal :
Système monoclinique :
Système triclinique :
II-b- 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).
Systèmes cristallins avec symétries sur Openscad
Système cubique :
Système orthorhombique :
Système quadratique :
hexagonal
Système rhomboédrique :
Système monoclinique :
Système triclinique :
Systèmes cristallins imprimés en résine blanche
Système cubique :
Système rhomboédrique:
Système hexagonal :
Système quadratique:
Système orthorhombique :
Système monoclinique :
c- Fichiers stl des modèles classiques
Cesfichiers sont au format stl correspondant au format conforme aux impressions 3D en PLA et en résine.
Fichiers stl corrections
des modèles Symétrie_orthorhombique_correction .stl
tiers_d'hexagonal_correction.stl
Symétrie_quadratique_correction .stl
Symétrie_cubique_correction.stl
d- Fichiers stl des modèles avec symétries
Fichiers stl des modèles avec symétries
Symétrie_orthorhombique_correction .stl
tiers_d'hexagonal_correction.stl
Symétrie_quadratique_correction .stl
Symétrie_cubique_correction.stl
e- Fichiers gstudio des patrons
fichier découpeuse vinyle
rhomboèdrique + triclinique + quadratique + monoclinique qui marchent.gstudio
V- Annexe : Logiciels et machines utilisés
logiciels et machines utilisés
Openscad
Il s'agit du logiciel sur lequel nous avons passé le plus de temps.
Ce logiciel permet de créer, de visualiser et d'exporter au bon format les objets à imprimer.
Pour cela, il faut rentrer, sous forme de code, les instructions. Il existe une page dans le mode d'emploie du logiciel avec des aides pour les débutants.
Openscad est le logiciel permettant la création des modèles à imprimer dans les imprimantes 3D. Il permet entre autres d'exporter les fichiers au format stl qui est le format lu par les logiciel de mise d'adaptation pour les imprimantes.
Openscad marche sous la forme d'un éditeur de code. Le langage utilisé est le C++. Afin de bien prendre en main les commandes au début, les développeurs ont créer une page "cheatsheet" qui permet de prendre en main les commandes les plus simples, utiles et pratiques rapidement. Le logiciel permet aussi de faire des vrais programmeprogrammes avec des boucles, des fonctions mathématiques, etc... mais nous n'avons pas eu besoin d'utiliser cettecet aspect du logiciel.
IdeaMaker
Il s'agit de l'un des deux logiciels d'adaptation des fichiers stl pour les imprimantes. Celui-ci est gratuit ainsi que développé par la société ayant fournis le Fablab prototypage. Il est a utiliser pour les imprimantes en 3D PLA.
Lorsque que le fichier stl est créé, il faut ensuite, le rendre compatible avec l'imprimante. Le logiciel connais les dimensions de celle-ci afin de ne pas dépasser de l'imprimante. Ensuite, il faut réaranger sur le plateau la disposition des modèles pour éviter les chevauchements notamment. Parfois l'ajout de support est nécessaire pour maintenir la pièce. Comme les imprimantes n'utilise qu'un seul fil continu, il est important de veiller à toutes ses œuvres. Si l'une est ratée, l'erreur se propagera partout. Par défaut, les pièces sont imprimé sur un socle. En fonction de la solidité de celles-ci, de leur taille et de leur forme, il est possible d'adapter son socle. Ce logiciel permet aussi de redimmensionner les imprissions pour gagner du temps ou pour respecter les dimensions de l'imprimante. Enfin, il permet de choisir la qualité de son impression. En effet, en PLA, plusieurs qualités sont disponibles. Elles sont à choisir en fonction du temps disponible puisqu'il s'agit avant tout de la taille du fil utilisé. Une meilleur impression aura un film plus petit. Cela peut également jouer sur le remplissage de la pièce afin de la rendre plus lourde ou plus solide.
Impression 3D en PLA
Les imprimantes ayant servis à créer les modèles d'entrainements sont des imprimantes Raise3D Pro 2 (FDM). Elle fonction avec le dépôts d'un filament, de l'acide polylactique pour nous.
Une fois le modèle créer avec Openscad et adapté à l'aide d'IdeaMaker, l'imprimante peut faire son œuvre.
Afin d'augmenter les chances de réussite de l'impression, il est vivement conseillé de surveiller le début d'impression de celle.l'objet souhaité. Le PLA est disponible en plusieurs couleurs, et si le projet l'avait nécessité, nous aurions pu utilisé d'autre matière. Il est a noténoter que les impressions rateéchouent régulièrement. Il y a déjà une légère dilatation du filament parfois. Ensuite, si les modèles n'ont pas été bien préparer, si ils sont trop proches ou les supports mal mis, toute l'impression sera à refaire. Ainsi, il faut être patient pour utiliser ce matériel qui, bien que très pratique, reste capricieux.
Impression 3D en résine
Les systèmes cristallins avec symétries ont été imprimés à l'imprimante résine ELEGOO Saturn. Cette méthode d'impression a l'avantage d'imprimer précisément des objets avec des formes complexes.
L'imprimante fonctionne en exposant la résine liquide photosensible couche par couche à un faisceau laser UV. Au contact de l'UV, la résine se solidifie pour former le modèle souhaité. Il faut noter que l'impression résine requière un traitement une fois les objets imprimés. En effet, si ce traitement n'est pas réalisé rapidement, les résidus de résine inutilisés continuent de polymérisés dans le bac d'impression (ce qui abime le matériel).
Il faut également veiller à mettre un peu plus de résine dans le bac d'impression que le volume indiqué par Chitubox afin d'être sûr que les objets soient imprimés entièrement.
Découpeuse vinyle
Plotter de découpe Graphtec Cutting Pro série 9000
Il s'agit de l'appareil le moins enclin à être utilisé. Il nous fallu près d'un mois pour comprendre que seul les MacBook fonctionnaient dessus.
En temps normal, il faut tout d'abord disposer son film dans l'appareil puis ajuster les têtes servant à le maintenir. Une fois cela fais,effectué, et la zone de démarrage choisi pour la découpe. Il suffit, dans la théorie, de brancher son ordinateur avec le logiciel Graphtec Studio pour faire le dessin de la découpe et l'envoyer à la machine. Ensuite on récupère le film découper. Il faut noter que la force et la vitesse de la lame doivent être régler en amont afin de ne pas abimer le film. D'ailleurs, pour le notre, tout le papier ne devait pas être tranché. Juste la partie supérieur. Ensuite, il faut le décoller de la partie protectrice du film et enfin faire la pose.
Cutter à ultra-sons
C'est un couteau améliorer. La lameChitubox
Chitubox est un logiciel d'adaptation des fichiers stl pour les impressions 3D en résine. C'est un slicer qui permet de convertir un fichier stl en une série de fines couches lisibles par l'imprimante ELEGOO Saturn.
Sur le même principe que le logiciel IdeaMaker, le logiciel permet de générer des supports pour maintenir les objets pendant l'impression. Le logiciel renseigne des dimensions de l'imprimante afin que nos modèles soient bien positionnés sur la plateau d'impression. Il est également possible de modifier le temps d'exposition de chaque couche à l'UV.
Cependant, à la différence d'IdeaMaker, il est important d'incliner les objets à imprimer afin que le moins de surface de l'objet ne touche le support d'impression. En effet, plus la surface de contact entre l'objet et le plateau est grande et plus il sera difficile de décoller les pièces et par conséquent plus il sera facile de les abimer.
Graphtec Studio
C'est le logiciel permettant de créer les formes pour la découpeuse vinyle. Il s'agit de dessin vectoriel. Le logiciel est pratique d'utilisation et intuitif. Il suffit ensuite de relier son ordinateur à la découpeuse pour obtenir le rendu souhaiter.souhaité. Il est possible de régler dessus les caractéristiques de forces, vitesses, et profondeurs de la lame viapar l'intermédiaire de ce logiciel en fonction du film insérer.
Microscope électronique
C'est un microscope de recherche utilisé par M. Labrousse dans le cadre de son travail. Il nous a permis de visualiser les impressions résines et de faire des topographies. Il est rélié à un ordinateur et il est presque entièrement contrôler par celui-ci. Il est plus puissant que les microscopes traditionnel puisque sa résolution est de l'ordre du micromètre.