Lithophanes

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Cela faisait longtemps que j'avais envie de tester la fabrication de lithophanes avec l'imprimante 3D.J'imaginais que le résultat serait relativement grossier parce que de faible résolution, autant dans le plan xy (diamètre de buse 0,4mm) qu'en altitude (hauteur de couche mini de 0,1mm environ) donc niveaux de gris. Les premiers que j'avais vus il y a de nombreuses années avaient été produits par micro-fraisage grâce au logiciel ArtCam de la société Delcam (Artcam lithophane).

Mais un lithophane c'est quoi ?

Il s'agit d'une plaque d'épaisseur variable faite dans un matériau légèrement translucide (mais pas trop !). On profite alors des variations d'épaisseur qui absorbent plus ou moins de lumière pour faire apparaître une image lorsqu'on observe cette plaque devant une source de lumière.

Comment générer un lithophane à partir d'une photo ?

Le principe est relativement simple. Il s'agit de partir d'une photographie numérique, dont on va associer le niveau de gris (ou la "luminosité") de chaque pixel à une épaisseur. Plus le pixel est sombre, plus on affecte une épaisseur importante.

Les logiciels de création de lithophanes travaillent avec à peu près toujours les mêmes paramètres :

  • l'épaisseur de la base : il s'agit de la couche de matière située sur le "fond" de votre image, qui doit être aussi fine que possible car elle correspondra aux zones les plus claires, voire blanches. Je m'arrange pour mettre une valeur conduisant à 1 couche, ou 2 couches de matière. Une seule couche engendre souvent une texture "striée" compte tenu des difficultés à obtenir un remplissage homogène directement sur le plateau de l'imprimante. Cet effet peut être apprécié. Mais si l'on souhaite l'atténuer, préférer 2 couches. Puisque j'imprime mes lithophanes en couches de 0.1mm, je mets donc ici 0.1, ou 0.2mm, ou 0.15 ou 0.25 lorsque ma première couche fait 0.15mm.
  • L'épaisseur de l'image (Height) va permettre de définir les niveaux de gris atteignable en relation avec votre épaisseur de couche à l'impression. La valeur par défaut de 10mm est beaucoup trop grande et amène un lithophane trop sombre (sauf si vous utilisez un matériau assez translucide genre ABS "naturel"). Je mets plutôt 3mm maxi, ce qui fonctionne avec la plupart des PLA testés jusqu'ici (jaune, vert pomme, blanc). Comprenez bien que les pixels les plus clairs auront une épaisseur nulle (donc seulement l'épaisseur de la base) et les pixels les plus foncés se verront affecter l'épaisseur maxi définie ici plus l'épaisseur de la base. Pour les pixels de luminosité intermédiaires, avec des couches de 0.1mm et une épaisseur de 3mm, on pourra obtenir une trentaine de niveaux de gris.
  • la taille de l'impression en X et Y, correspond aux dimensions de votre "tirage". Les proportions doivent correspondre à celles de la photo originale. La résolution originale de l'image intervient ici par le fait qu'elle va déterminer, en relation avec les dimensions du tirage, la taille des triangles et le nombre de triangles du modèle 3D généré. La taille du fichier STL et le temps de tranchage vont s'en déduire aussi. Doubler la taille de l'impression ou la résolution multiplie par 4 le nombre de triangles.

Les images ci-dessous sont issues de Simplify3D

Quel logiciel permet de préparer cela ?

Il existe divers logiciels permettant de générer un lithophane.

  • Parmi les logiciels connus dans le monde RepRap, Cura permet de faire cela : Au lieu d'ouvrir un fichier STL ou autre modèle 3D, pouvrez un fichier image (JPG, PNG...) et Cura propose de créer un lithophane, avec les paramètres décrits ci-dessus. Une option permet de faire un tirage en négatif (grande épaisseur pour les pixels clairs)... (?). Une autre option permet d'effectuer un lissage soit au niveau de la luminosité de l'image, ou a posteriori au niveau de la profondeur du modèle.
  • Simplify3D, logiciel d'impression 3D FDM professionnel (et non gratuit), permet aussi de générer des lithophanes. Il est nécessaire d'installer un add-in, "Convert Image to 3D", qui fonctionne de manière très similaire avec les même paramètres, mais cette fois un filter "gaussien" sur les contours de l'image. ATtention : il semble ne pas fonctionner avec les images JPG, mais marche très bien avec les PNG.
  • Enfin, j'ai bien apprécié le petit logiciel appelé Lithophanes. Il s'ouvre dans une langue que je ne maîtrise pas bien... je clique sur "Iniciar/Idioma/English" et je me sens mieux ;-). Une fois l'image ouverte, on dispose de quelques options de travail de l'image, en contraste, luminosité, gamma, ou passage en N&B, ce qui permet d'affiner rapidement sans repasser dans un autre soft si le résultat STL ne nous convenait pas. Ensuite, dans le 2e onglet, on retrouve les paramètres des logiciels précédents, avec en plus la possibilité de construire un cadre autour de l'image. Ce dernier point est important pour la mise en valeur du sujet, mais aussi et surtout pour la solidité du lithophane, en particulier lorsque les zones périphériques de l'image sont claires, donc minces et fragiles. Je fais généralement un cadre de 2 à 3mm.
  • Autres softs...

parmi les logiciels que je n'ai pas testés, citons PhotoToMesh, Photoshop, et j'ai aussi aperçu la possibilité d'en créer en associant Gimp et MeshLab.

Comment imprimer un lithophane avec une imprimante 3D telle que la LOGresse ?

Une fois le fichier 3D (STL) généré, il ne reste plus que l'étape de tranchage avant de passer à l'impression 3D. Attention : pour que l'effet de filtrage de la lumière soit efficace, prévoyez un remplissage à 100% !!

Vous constaterez probablement que le fichier STL que vous avez généré est un peu volumineux. Le tranchage avec un outil comme Slic3r dans Repetier-Host peut alors prendre du temps (environ 4 minutes minutes pour le lithophane "haute résolution" ci-dessus, de taille de triangles 0.6mm, et mesurant 100x120mm). L'option de le trancher avec un logiciel plus rapide tel que Cura est alors à considérer avec attention (25secondes pour le même lithophane).

Souvent j'ajoute sur le plateau un petit modèle 3D modélisant un anneau (voir sur l'exemple ci-dessous), afin qu'il soit tranché avec le lithophane et imprimé en même temps dans la même pièce. Ce petit anneau permet de fixer le lithophane sur une vitre, par exemple à l'aide de ventouses commandées ici, afin que la photo soit visible dès qu'il fait jour et que vos volets sont ouverts. Ce qui en fait un cadeau sympa si vous imprimez la photo des enfants pour la fête des mères (ou des pères) ;-)

Enfin, sur tous les lithophanes que j'ai imprimés, compte tenu de la complexité des contours à imprimer et donc du nombre considérable de retraits de filaments nécessaires, il reste toujours quelques dizaines de petits "cheveux" tirés par la buse et posés en surface de l'objet? Je prends le temps nécessaire (15 à 20 minutes) pour les décoller un à un avec la pointe d'un scalpel. Un peu de patience pour les finitions après tout ce travail effectué automatiquement par des logiciels et des machines... on revient dans le monde réel :-)

Un exemple, en hommage à Pierrot...

Pour finir, un petit hommage à notre ami Pierrot, pionnier de l'impression 3D à Grenoble, disparu trop rapidement l'année dernière.

Philippe.