Moules à chocolats 3D Thermoformés : Pratique (2/3)

Cette série d'articles a été rédigée par Jonathan David-Schröder

Cette image est crée par Midjourney.

Voici le second article d'une série introductive sur la création de moules personnalisés 3D, rapidement et à moindre coût. L'épisode précédent faisait un tour d'horizon théorique de techniques de fabrication de moules.

Il proposait de tester la création de moules avec les techniques les moins chères possibles, misant sur le fait que beaucoup d'artisans néophytes en fabrication numérique pourraient a priori à tord choisir l'entrée de gamme sur deux types de machines : dépôt de filament et thermoformage portable.

Il est temps de passer à l'action !

Le napolitain : une spécialité de Saint-Étienne

Les napolitains sont des carrés fins de chocolat de 4 à 5 grammes, inventés par Eugeine Weiss en 1912, probablement à Saint-Étienne en France. On les consomme habituellement avec un café, dans le monde entier.

L'article que nous débutons ici est tellement long, que vous pourrez prendre plusieurs cafés ou boissons chaudes pour le lire en bonne compagnie gustative.

Etapes de création de nos propres "gros napolitains"

Nous faisons ici le choix - pour débutants - de faire des gros napolitains.. approchant les 20 grammes, avec le logo embossé (plutôt que creusé) de La Pâtisserie Numérique au centre.

Voici donc les étapes que nous avons suivies pour faire des napolitains larges avec le logo de La Pâtisserie Numérique :

1. modélisation 3d - sous le logiciel simple et gratuit en ligne TinkerCAD ;
2. impression 3d - après tranchage sur le logiciel gratuit Cura3d, puis utilisation de la Creality Ender 5 (ou toute autre imprimante 3d, filament ou résine) ;
3. thermoformage - avec une thermoformeuse dentaire chinoise de la marque Jintai (ou plus grand) ;
4. chocolaterie - utilisation des moules en laboratoires.

Vu que nous faisons en grand napolitain, nous choisissons une forme carrée de 6cm d’arête environ.

C’est parfait pour des premiers pas en moulage numérique :)

Pré-requis matériels de votre côté

Pour réaliser les étapes de cet article chez vous, il vous faudra :

• un ordinateur avec avec un navigateur internet ;
• une imprimante 3d (peu importe son type ou sa marque) ;
• une thermoformeuse (idem).

Si ces machines sont à plusieurs endroits différents (exemple : dans un fablab, chez vous et des amis), vous trouverez bien comment naviguer entre elles.. Vous trouverez un peu d'aide si besoin !

Un croquis pour s'aider

Voici un petit croquis dessiné avec les moyens du bord :

1 - Modélisation 3d du napolitain avec logo sous TinkerCAD

TinkerCAD à déjà été présenté sur notre site. Conçu pour les enfants, c’est une application en ligne gratuite de modélisation 3D d’objets, simple à prendre en main, donnant des fichiers parfaits pour imprimer sur toutes les imprimantes 3D grand public.

Pour cette étape, il vous faut :

• un compte gratuit TinkerCAD ;
• un logo au format vectoriel (SVG par exemple).

Un napolitain, c’est un carré de chocolat, donc un "cube rectangulaire" (ou "parallélépipède") - mais pas vraiment besoin de maths ici ! On voudra le nôtre avec les bords verticaux si possible arrondis (en partie 3, vous verrez que le thermoformage arrondira et lissera un peu toutes les arêtes qu'il trouve).

On le surmontera d’un logo simplifié de la Pâtisserie Numérique, embossé (c’est-à-dire en relief positif - sortant vers le haut).

Le logo aura été débarrassé de tout texte fin compliqué, qui apparaîtrait mal avec une imprimante 3d à dépôt de fil.

Après modélisation du chocolat basique, nous ajouterons des petits trous (appelés "évents") sur TinkerCAD. Ces évents rendront la pièce poreuse à proximité des arêtes et angles prononcés ou compliqués, pour un thermoformage bien plus net. Un prochain article expliquera comment se passer de ces trous, grâce à des réglages de porosité intrinsèque lors de l'étape du Slicer ("trancheur" de couches, se fait après TinkerCAD) ; ce n'est pas grave si vous ne comprenez pas cette phrase pour l'instant.

a) Import et simplification du logo

Sur ordinateur, notre logo au format SVG ressemble à :

Voici le fichier téléchargeable de ce logo SVG si besoin.

On pourrait le simplifier dans un logiciel de dessin vectoriel comme Inkscape, Krita, Adobe Illustrator, Corel Draw... mais TinkerCAD peut aussi nous aider ici.

L'importer dans TinkerCAD :

Faire une grosse boîte en négatif ("Hole") pour retirer les lettres en dessous du motif graphique :

Résultat après groupage (logo élevé + boîte en trou "Hole") :

Nous réglerons la taille du logo juste après.

b) Création du pavé droit à bords arrondis

On crée un pavé droit de 5.8cm d’arête, et 4mm de haut (vous pouvez faire 6cm et 5mm..), avec arrondis sur les côtés seulement… 

Si vous tentiez avec le Cube par défaut et sa fonction d’arrondis, vous auriez trop d’arrondis partout (ce qui nous dérange c’est les arrondis sous la base, risquant de faire des contre-dépouilles - des empêcheurs de démoulage). Donc prenez plutôt l’objet Shape generators > Featured > Softbox et mettez-lui des murs (option "Wall") ultra-épais pour boucher l’intérieur.

Dimensions de la Softbox (en mm) :

• X Dim : 58
• Y Dim : 58
• Z Dim : 4
• Wall : 100
• Outer radius : 3

c) Placement et échelle du logo

Mettons le logo à peu près au centre de la base du napolitain préparée juste avant.

Il faut redimensionner ce logo trop épais verticalement (4mm ou moins) et en horizontal (proportionnellement), puis le déplacer à l’œil (ou avec l’outil alignement) au centre du napolitain. Le logo doit toucher ou transpercer un peu la face supérieure du chocolat, (pas juste survoler !).

d) Ajout d’une plateforme (optionnel)

Le moule tel quel sera facile à utiliser en pochage de chocolat tempéré (ou une autre masse souple durcissable sans cuisson : glace, pâte à biscuit à mouler, pâte à sucre, pâte d'amande, etc.

Toutefois, si on thermoformait tel quel notre imprimé, on aurait difficilement de beaux bords perpendiculaires tout autour du napolitain (une jupe oblique se formerait). Aussi, on aurait une petite difficulté à araser proprement au triangle tout débordement si le plan autour du de l’empreinte n’est pas très plat (relief du tamis ou de la grille de thermoformeuse). Un dernier avantage d’une plateforme est qu’elle bouche l’air complètement là où il est et permet de concentrer l’essentiel de l’aspiration… là où il n’est pas.

Donc.. on ajoute un pavé droit (rectangle épais) tout simplement en dessous du napolitain ! Il doit toucher ou rentrer dans le napolitain.

Dimensions :

• Length : 20
• Width : 20
• Height : 5

Vous pouvez faire plus large et haut horizontalement, si le canevas (ou la grille) de votre thermoformeuse et la plateforme d'impression de votre imprimante 3d le permettent. Les dimensions ci-avant permettent tout juste de placer un imprimé dans une mini-thermoformeuse dentaire.

Voici une vue latérale pour vous aider à comprendre l'assemblage des couches :

e) Création des évents (encouragé)

Maintenant si on imprimait et thermoformait, le logo serait une forme diffuse "drapée" et le film du moule entrerait très peu dans ses interstices. Aussi, malgré l’ajout de notre plateforme, nous risquons encore des angles peu droits entre la plateforme et la napolitain - une sorte de "juppe".

-> Il faut encore une astuce pour augmenter la précision !

Un article qui sera publié plus tard expliquera comment se passer de cette étape grâce à un configuration expérimentale de porosité intrinsèque lors du tranchage (étape 2- ci-après).

On va donc faire des trous les plus invisibles possible qu’on appelle évents dans l’industrie.

Habituellement ces trous sont ronds (cylindriques), fait avec une perceuse manuelle ou un usinage. Si vous imprimiez en 3d en résine (SLA/DLP), vous pourriez le faire avec une Dremel et des fraises les plus petites possibles. Mais il est ici question d’impression filament, et votre filament risque de fondre si vous utilisez une perceuse électrique ! Votre matrice de moulage pourrait mal finir. Peu importe le type d'impression 3d, les évents préparés sur ordinateur sont un peu une voie royale.

Voici un aperçu des évents à faire (en orange et en vert foncé). Si vous ne faites pas les évents de contour du napolitain sur la plateforme ce n’est pas trop grave ! Ce sont des objets qui sont assez grands verticalement pour perforer tout le modèle de haut en bas, même la plateforme.

En noir, les évents des interstices du logo, sont des grandes boites, certaines un peu tournées horizontalement. On aurait pu prendre des cylindres aussi (de diamètres si possible 0.8mm de diamètre minimum… au risque que l’imprimante 3d ne les bouche en les imprimant).

Nos dimensions pour les boîtes-évents du logo :

• Length : 20
• Width : 20
• Height : 20
• Mode : Hole

Nos évents cylindriques en orange deviennent noirs ou transparents quand on les passe en négatif ("Hole") :

Voici nos dimensions exemple pour ces évents cylindriques :

• Diamètre : 0.80 mm ;
• Hauteur : libre, tant que vous transpercez tout.
• Le reste des paramètres (Sides, Bevel, Segments) n’importe pas.

On met maintenant tout dans le même groupe pour observer l’effet de nos évents !

f) Export au format STL

On exporte notre objet au format .STL :

2 - Tranchage (slicing) du modèle 3d de napolitain

Maintenant que notre fichier .stl est prêt, nous devons générer un fichier d’instructions .gcode compréhensible par notre imprimante. Nous imprimerons en fil plastique PLA (acide poly-lactique), dans l’un des niveaux de détails les plus fins disponibles, avec la Creality Ender-5 Plus. Si vous avez une autre imprimante quelqu'en soit le type, lancez-vous.

Le logiciel que nous utilisons pour cette préparation est Cura 3D. De votre côté, PrusaSlicer, Slic3r ou PreForm (Formlabs résine) sont peut-être d’usage, mais vous retrouverez vos marques.

a) Chargement du STL dans le logiciel Cura3D

On voit en bas à gauche que le modèle fait 68.0 x 63.0 x 7.0mm. Cela peut être à peu près la taille que vous obtenez.

Ce qui suit est un peu de la cuisine long terme, trouvez vos propres paramètres en essayant, puis gardez-les.

On prend le profil disponible Super quality 0.12mm / couche, qu’on adapte un peu.

b) Type d’adhésion : brim

Une bonne adhésion de la pièce au plateau d’impression permet que les couches suivantes s’impriment sans déformation. L’adhésion "brim" ("ras bord") permet de stabiliser encore plus le flux de filament en extrudant un contour élargi de l’objet, avant que l’impression concrète des pièces ne commence.

c) Lissage : activer l’ironing

Ironing signifie repassage (comme pour des vêtements) et c’est tout l’enjeu ici - lisser ce qui ne l’est pas, et est horizontal exclusivement.

Les logiciels de préparation d’impression ont cette fonctionnalité depuis quelques années seulement. Elle permet de lisser les couches parfaitement horizontales au plateau d’impression, donc pour nous : la surface supérieure du napolitain et celles du logo.

Dans Cura, cette option n’est pas visible ni activée par défaut. On tape "ironing" dans le champ de recherche du panneau montré précédemment, puis on coche la case principale de l’option qui apparaît.

d) Remplissage : infill 50% minimum

L’infill (remplissage intérieur) définit quel type de maillage et à quelle densité est créé l’intérieur de votre pièce. C’est un peu comme un squelette sans lequel la chair de nos corps ne tiendrait pas. Vu que nous allons thermoformer notre pièce, sachant que celle-ci sera en PLA (plus répandu, le mieux aurait été en ABS ou PETg, moins thermosensibles), notre pièce doit tenir la compression verticale et une chaleur forte courte (un film brûlant va s’écraser contre elle par aspiration). Nous allons donc l’armer un peu plus, peu importe le type d’infill (ici cubic : des cubes creux inclinés, mais tout autre type passera assez bien), en le mettant à 50% de densité minimum.

e) Tranchage pré-impression

On appuie sur le bouton “Slice” pour simuler les chemins d’impression qu’exécutera notre imprimante… on voit une durée d’impression de 3 heures 3 minutes. Cela peut être abusif pour juste un carré de chocolat en plastique… Mais il faut un minimum de la finesse d'impression pour de beaux moules à chocolats au final. Une matrice de moulage solide (c'est-à-dire notre plastique à imprimer) permettra bien plus de thermoformages, avant d’être très dégradée (fondue, affaissée ou ondulée).

On peut cliquer sur "Preview" pour prévisualiser la construction progressive prévue de la pièce, en faisant varier la barre verticale tout à droite de l’écran :

Ce qui est intéressant ici, c’est que les évents sont “débouchants” (ou transperçants) : leurs trous traversent bien absolument toute la pièce (on voit le bleu au fond). On observe aussi un contour très fins tout autour de la pièce : le brim. L’ironing est un peu plus difficile à discerner, il fait des surfaces planes horizontales ; un tissu bien opaque.

f) Enregistrement d’un profil d’impression personnalisé (optionnel)

Si vous pensiez que ce travail de paramétrage sur Cura est long, sachez qu’il est sauvegardable sous la forme de profil d’impression qu’on peut rechoisir à chaque fois sans tout refaire. Ci-dessous, on clique sur "Create profile from current settings/override" pour enregistrer nos paramètres en cours. La photo d’écran montre même des profils maisons que nous avons créés pour de l’impression 3d poreuse sans besoin d’évents par exemple (détails dans un prochain article).

g) Enregistrement du projet en fichier 3MF

Cela est bête à mentionner, votre modèle et ses paramètres peuvent être enregistrés tous ensembles au format unique .3mf, depuis Cura, PrusaSlicer et d’autres trancheurs. Ce n’est pas ce que comprend une imprimante 3d, mais ce type de fichier peut être ouvert par les autres trancheurs concurrents (ex : sur l’ordinateur d’un ami). Le format .STL ne contient que des polygones, sans réglages.

h) Export au format GCODE ou envoi vers imprimante

Votre imprimante à filament lit très probablement un fichier GCODE que Cura génère ici pour nous. Il vous faut donc le basculer sur imprimante, par une carte SD, une clé USB ou tout autre méthode dont vous avez l’habitude (réseau Wifi etc..)... Puis cliquer par exemple sur "Save to Removable Drive" (enregistrement sur disque amovible).

Pour la Creality Ender-5 Plus, les noms de fichiers générés par Cura sont beaucoup trop longs et ne s’affichent pas (sauf erreur) sur l’écran de la machine, donc on les renomme en quelques caractères seulement, avant insertion de carte SD dans l’imprimante.

3 - Impression 3d du napolitain plastique

a) Lancer l’impression et s’assurer d’un bon début d’impression

Il n’y a rien de spécial à faire par rapport à une impression 3d classique. On retirera le brim (contour très fin de filament) une fois l’impression terminée. Attention à bien attendre une baisse de température du plateau chauffant et de la pièce avant de les retirer (par exemple à température de peau au moins)… Le filament mémorise la forme qu’on lui donne quand il est assoupli par la chaleur, donc manipulons-le à froid et mettons-le sur des surfaces planes s'il est chaud-flexible.

Ci-dessus, on voit l’impression sur Creality Ender-5 Plus de 2 grands napolitains, dont l’un à des évents. Nous n’avions pas mis d’évents pour la base sur cette itération-ci.

b) Résultat après impression et porosité lumineuse

Ci-dessus, après retrait à la main du brim.

Il ne faut surtout pas hésiter à regarder votre pièce à travers une source de lumière ; cela donne une idée de la porosité lumineuse de la pièce, et donc… pour des filaments.. de sa porosité à l’air ! Plus une pièce est poreuse, plus elle sera précise au thermoformage !

4 - Thermoformage de l’imprimé 3d

a) Notre mini-thermoformeuse en bref

Voici la mini-thermoformeuse que nous utilisons (pour dentistes). Il y en a beaucoup de bonnes sur le marché. Elle chauffe bien (en haut) et a une aspiration assez puissante (en bas). Sa pince à feuilles et son levier de niveau vertical de feuille sont pratiques. Son défaut : elle sert à faire des petits moules (carrés utiles de 8x8cm environ).