CONSTRUIRE UN SLICER POUR L'IMPRESSION 3D ALIMENTAIRE

Un tutoriel sur comment construire un slicer pour l'impression 3D alimentaire.

 

Bien imprimer en 3D c'est comme une bonne recette : il faut savoir choisir de bons produits ! Et dans notre cas, il nous faut au moins 4 ingrédients : un bon fichier 3D, une bonne imprimante 3D, un savoureux matériau et un bon trancheur. On ne vous parle pas d'un couteau japonais dernier cri... Il s'agit bien d'un logiciel essentiel ! Il est autrement connu avec son petit nom anglais : le SLICER !

Après plus de 2000 heures d'impression 3D alimentaire au compteur, beaucoup de ratés et de belles réussites... pas mal de réflexions à ce sujet. Et pour nous, il n'existe pas de bon slicer pour imprimer en 3D de la nourriture. Aujourd'hui, nous sommes heureux de vous annoncer notre nouveau projet : fournir le meilleur slicer 3D pour l'impression 3D alimentaire. Découvrez-le dans une vidéo et au travers d'une série de questions.

Qu'est-ce qu'un slicer 3D ?

Un slicer est un logiciel capable de traduire un fichier 3D en ensemble de commandes numériques. Ces lignes de commande recensent les mouvements que doit effectuer la machine pour réaliser chacune des couches d'impression. Souvent, ces commandes sont compilées en langage Gcode et de nombreuses imprimantes 3D utilisent ce format de fichier. Quand le slicer a généré le fichier, il vous suffit d'envoyer ou de déposer ce Gcode dans l'imprimante 3D. Et lancer l'impression !

Il existe différents types de slicer en fonction de la technologie d'impression 3D. (et souvent inclus avec les systèmes propriétaires ou ouverts). Les sytèmes ouverts sont capables de supporter une large gamme d'imprimantes 3D (qui fonctionnent toutes avec des fichiers écrits en Gcode).

La majorité des sytèmes de tranchage pour la fabrication additive sont dédiés à la technologie FDM. (Marché de l'imprimante 3D personnelle FDM : des centaines de milliers d'exemplaires). Vous trouverez de nombreux classements et comparatifs de ces logiciels sur les medias consacrés à l'impression 3D.

Par ailleurs, des communautés développent gratuitement des logiciels open source. De manière subjective, nous tenons à remercier tous les développeurs derrière Slic3r. Un des meilleurs logiciels pour nous ! Voila, c'est dit !

Quels paramètres doit-on régler dans un slicer ?

Bonne nouvelle : vous trouvez énormément de paramètres à régler ! Mauvaise nouvelle : vous allez passer beaucoup de temps à comprendre l'influence et la relation entre tous ces paramètres.

Gagnons du temps ! Les développeurs conçoivent des modes simplifiés avec les paramètres essentiels dans plusieurs logiciels comme Cura.

Par exemple, on a :

• la hauteur de couche
• l'épaisseur des murs (enveloppe)
• l'épaisseur du fond de la pièce et du dessus
• la densité de remplissage à l'intérieur de ces murs
• la vitesse d'impression
• la température d'impression
• le type de supports et leur emplacement
• le type d'adhésion de l'objet 3D à votre plateau
• la taille du filament
• la taille de la buse d'extrusion

Si ces paramètres vous sont inconnus, nous vous les expliquons en détail dans notre glossaire en deux parties. D'autres profils sont validés par les constructeurs.

Malheureusement, ces profils ont été créés pour imprimer des thermoplastiques comme le PLA ou l'ABS. Quand vous voulez imprimer du plastique c'est très bien, pour les aliments c'est une autre histoire...

Les slicers 3D gratuits sont-ils adaptés pour l'impression 3D de nourriture ?

Récemment, Lynette Kucsma, la fondatrice de Natural Machines, expliquait dans une interview à 3Dprint.com :

"Nous n'utilisons pas les logiciels de slicing standard, ou une seule vitesse d'impression. Typiquement, avec les imprimantes 3D utilisant du plastique ou du metal, vous travaillez avec un seul ingrédient et une seule vitesse. Mais nous ne faisons pas cela. A la place, nous optimisons pour les ingrédients que vous êtes en train d'imprimer et nous l'adaptons grâce aux différentes tailles de buse disponibles. " 

Lynette Kucsma, Natural Machines

Dans le livre Fundamentals of 3D Food Printing and Applications , les auteurs Antonio Derossi, Rossella Caporizzi, Ilde Ricci et Carla Severini de l'Université de Foggia sont plus précis sur les problèmes liés à l'utilisation de ces slicers :

"Not less important are the softwares and the codes generated by the slicing software. They definitely control the movements of the printer in all four axes, X, Y, Z and E, but they always consider the properties of thermoplastic materials, such as common PLA and BSA. Of course, when printing food, several unexpected issues may be observed. To name only one, the property of retraction, which allows reducing the pressure at the nozzle during non-printing movements, is estimated considering specific properties of plastic filaments, but for cereal dough or fruit and vegetable pastes, it is usually not sufficient in producing oozing."

Fundamentals of 3D Food Printing and Applications, Chapitre 3

Les modes de calcul

Pour le dire autrement : c'est difficile de transposer les modes de calcul mis au point pour un filament plastique à de l'extrusion de pâtes à base d'aliments. C'est beaucoup de mathématiques, derrière le calcul du chemin effectué par la tête d'impression. D'autres formules sont très complexes. Elles calculent la relation entre la quantité de matériau extrudé en fonction de la vitesse et de la distance à parcourir. Ces différentes équations s’enchaînent pour calculer les lignes de commande que la machine devra effectuer les unes après les autres.

Quand vous utilisez les paramètres basiques des slicers pour imprimer de la nourriture, vous obtenez des impressions 3D avec de nombreux défauts structurels. Un moyen de contourner le problème est d'utiliser les modes vases, les modes spirales. Concrètement, le logiciel de slicing ne va considérer que les murs extérieurs de la forme 3D et il génére des instructions. Et il monte les murs en spirale. Les nombreuses photos d'impression 3D de chocolat correspondent à des formes en vases.

Existe-il un slicer spécifique pour l'impression 3D alimentaire ?

Oui et non.

Oui. Les constructeurs d'imprimantes 3D alimentaires comme ByFlow, Printotaste ou Natural Machines incluent des slicers dans leur vente d'imprimantes 3D. Nous ne les avons pas encore testés.

Non. pour tous ceux qui transforment leur imprimante 3D FDM en imprimante alimentaire.

Non. pour tous ceux qui construisent de nouvelles imprimantes 3D alimentaires à partir de plans open source. Comme vous pouvez le faire grâce au projet de la Queensland University of Technology (QUT) de Brisbane.

Par conséquent, nous sommes nombreux dans la galère et qu'il y avait un vrai besoin ! Nous ne sommes pas les seuls à le dire. Dans le chapitre "Critical variables for 3D food printing" de l'excellent livre Fundamentals of 3D Food Printing and Applications, les auteurs concluent sur la nécessité de créer un tel slicer pour l'impression 3D alimentaire :

"Overall, we are only in a first step of development of the 3DFP technology, and many advantages will be obtained when we will be able to set and to control all printing variables with a high level of accuracy. We believe that two main branches of research must be encouraged: (1) the improvement of the printing behaviour for nonplastic materials; and (2) the precise understanding of the effect of process variables and their optimisation. The first area involves many aspects redefining how the slicing software and the G-code generation making the printer behaviour more adaptive to the specific properties of food..."

Pourquoi monter un projet de recherche avec l'UTT ?

L'Université de Technologie de Troyes est une grande école d'ingénieurs française, qui dispose de sept plateformes de recherche, d'innovation et d'expertise.

Au sein de ces plateformes, une est consacrée à la numérisation 3D et l'ingénierie virtuelle. NUM3D a développé différents projets de recherche en rapport avec l'impression 3D. Monsieur Pierre-Antoine Adragna est enseignant-chercheur de l'UTT et a construit le programme permettant de générer une trajectoire continue pour un fichier donné. Ce programme est la brique technologique de notre projet de logiciel.

Le programme prend en entrée les variables classiques d'un slicer (vitesse, taille de buse, hauteur de couche...). Le design et permet d'obtenir un Gcode fonctionnel. Il permet de réaliser une trajectoire continue pour réaliser l'impression 3D. Il évite les mouvements de non-impression et les commandes de rétractation.

Comment imprimer en 3D une rosace de Notre Dame comestible ?

Pour démontrer les capacités du slicer pour l'impression 3D alimentaire, nous avons décidé de relever un défi.

• Choisir un fichier 3D irréalisable par un pâtissier,
• Sélectionner un design suffisamment complexe pour qu'il ne puisse pas être traité en mode vase,
• Utiliser un matériau très visqueux qu'il faut clairement éviter de rétracter,
• Imprimer l'objet 3D directement sur un dessert,
• Obtenir la pièce majeure du dessert. Et non pas faire un simple décor dans un dessert à l'assiette...

Cela nous a conduit à choisir le fichier de la rosace sud de Notre-Dame de Paris, que vous pouvez trouver sur des plateformes de téléchargement de fichiers 3D.

Honnêtement, le fichier Gcode a fonctionné du premier coup. Nous avons un un super programme, et nous imprimons en 3D depuis longtemps de la glace royale (bon set de paramètres et une recette constante). Le gros du travail a été de régler la planéité de la tarte au chocolat, et ce n'est pas une blague !

La démonstration a été faite sur une forme avec une extrusion simple en hauteur. Nous sommes confiants de pouvoir réaliser des formes 3D plus complexes.

Quelles sont les prochaines étapes pour le slicer de l'impression 3D alimentaire ?

Aujourd'hui, nous avons besoin de vos retours et de la confirmation de votre intérêt.

Nous sommes prêts à tester d'autres fichiers, d'autres matériaux pour faire d'autres démonstrations.

Aussi, nous souhaitons produire d'autres fichiers pour d'autres imprimantes 3D alimentaires.

Comme cela, nous pourrons ensemble produire une plus grande variété de tests. Notre intérêt dans cette phase est de produire le cahier des charges le plus précis avant de développer l'interface utilisateur.

Enfin, nous cherchons des partenaires prêts à cofinancer avec nous ce développement en collaboration avec l'Université Technologique de Troyes.

Cela peut prendre la forme d'une prévente d'une licence par exemple.

Que souhaiteriez-vous imprimer en 3D avec de la nourriture ? Que pensez-vous d'un tel slicer ? A la Pâtisserie Numérique, nous avons hâte de connaitre vos commentaires.