2.2.1. Le principe du tranchage
Figure 2.4. Différents choix de direction de tranchage
Cette étape peut se résumer à deux opérations primordiales : le choix d'une direction de tranchage (voir Figure 2.4) et le choix de la hauteur des strates, qui correspond généralement à l'épaisseur des plaques (voir Figure 2.5).
La hauteur des strates est conditionnée par le choix de l'épaisseur des plaques retenues pour la réalisation du modèle. La direction de tranchage, par contre, est totalement laissée à la discrétion de l'utilisateur.
Le choix de la direction de tranchage est l’un des paramètres les plus déterminants pour la suite de la réalisation, mais demeure très difficile à appréhender. Nous proposons des solutions pour rechercher et choisir une direction de stratification dans des chapitres suivants (voir Chapitre 4 p.121 et Chapitre 5 p.165).
Figure 2.5. Différents choix d'épaisseur de tranche
2.2.2. La découpe classique
La découpe « classique » est un tranchage régulier du modèle par des plans parallèles, et dont la distance séparant deux plans voisins correspond à l’épaisseur de la plaque. Une strate est une partie du modèle contenue entre deux plans voisins. Il est également possible de décaler la position du premier plan de tranchage afin de trancher le modèle d’une façon plus intéressante, comme pour simplifier l’assemblage ou pour faire passer l’un des plans de tranchage par le plan de symétrie de la pièce.
Pour réaliser une strate, il est possible de la découper « à l’envers », comme si elle avait été retournée lorsque cela permet de minimiser les volumes de matière inaccessibles. Cette technique s’appelle le retournement de strates. Il n’y a aucune difficulté supplémentaire à découper une strate selon un sens ou l’autre dans la direction de tranchage. Par contre, selon le sens choisi, le résultat de la découpe peut être très différent, en raison des contre-dépouilles. Le fait de retourner une strate permet d’inverser les faces en dépouille et celles en contre-dépouille. Dans le cas de
Stratoconception
la sphère (voir Figure 2.6), les strates situées au sud de l’équateur sont intégralement en contre-dépouille, mais une fois inversées, aucune strate ne présente de contre-dépouille.
Figure 2.6. Retournement des strates
Le logiciel Stratoconcept© propose systématiquement l’orientation de la strate générant le plus faible volume de contre-dépouilles1, mais l’utilisateur demeure libre d’imposer l’autre sens de stratification pour chaque strate, car il se peut que le plus gros volume de contre-dépouille ne corresponde pas aux zones qu’il souhaite réaliser le plus fidèlement.
Lors d’une découpe « classique », l’utilisateur ne peut faire varier que peu de paramètres, qui sont la direction de tranchage, le choix de l’épaisseur de la plaque parmi les plaques disponibles, le décalage éventuel des plans de tranchage, et le fait de retourner ou non certaines strates.
2.2.3. La découpe recto-verso
La découpe recto-verso est une méthode de découpe plus fastidieuse que l'habituelle méthode de découpe des strates, mais qui permet de limiter le volume de contre-dépouilles généré par une stratification.
La découpe recto-verso a été mise au point pour permettre de réaliser des modèles artistiques et mécaniques dont les formes générant de nombreux volumes de contre-dépouille, comme les formes creuses ou à parois fines. Car, même s’il existe souvent une direction de tranchage qui permet d’éviter toute matière inaccessible lors d’un usinage pour les pièces mécaniques, les cas contraires
1 Habituellement, l’évaluation employée est grossière, mais satisfaisante : elle se limite à la comparaison des aires des surfaces orientées en dépouille et celles en contre-dépouille. Nous proposons par la suite une évaluation beaucoup plus précise (voir section 4.4.3.2 :
« Quantifier les volumes inaccessibles par un tampon de profondeur », p.159).
demeurent très fréquents, et une découpe recto-verso permet de faire disparaître ou de limiter ces volumes de matière.
Cette méthode de découpe s'effectue en deux temps : un premier usinage est effectué pour découper la strate, tout en laissant une épaisseur de matière non découpée afin de ne pas détacher les tranches de la plaque, puis la plaque est retournée, et l'on exécute un second usinage après avoir usiné la surépaisseur laissée par le premier usinage. Le deuxième usinage a pour but d’enlever la matière qui fut inaccessible (les contre-dépouilles) lors du premier usinage. (voir Figure 2.7)
Découpe du recto Surépaisseur
(permet de conserver la strate liée à la plaque)
Découpe de la surépaisseur
Découpe du verso Retournement de la plaque
Figure 2.7. Principe de la découpe recto-verso
Cette méthode de découpe nécessite deux fois plus de temps d'usinage, elle comprend une opération de surfaçage supplémentaire (élimination de la surépaisseur) et oblige à repositionner la plaque (la précision finale dépendra de la précision de cette opération supplémentaire). Malgré ces difficultés additionnelles, le retournement des strates est l'outil le plus efficace pour réaliser des pièces de formes libres et limiter le volume de contre-dépouilles.
De plus, cette méthode n’utilise qu’une partie de l’épaisseur de la plaque, en raison de la surépaisseur nécessaire au retournement des strates, et entraîne une plus grande consommation de matière1. Ensuite, si le volume de contre-dépouille est
1 La proportion de matière appartenant à la surépaisseur varie selon le matériau et les conditions de coupe, mais demeure très faible : elle représente généralement entre 5% et 10%
de l’épaisseur de la plaque.
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réduit, la précision de la découpe ne peut être que dégradée par l’intervention manuelle de retournement de la plaque : c’est une source d’erreur inhérente à tout recalage en mécanique. Mais elle met également en évidence d’autres erreurs, comme des défauts d’orthogonalité ou de décalages lors de grands déplacements, car ce genre de défauts génère des erreurs proportionnelles aux dimensions de la réalisation, ce qui se traduit par une erreur importante dans la position des strates sur la plaque, et une erreur plus faible sur la strate, mais lors d’un retournement, la précision de la réalisation de la strate est directement liée à celle de son positionnement.
Matière usinée au recto
Matière usinée au verso
Matière inaccessible au recto et au verso
Figure 2.8. Exemple de découpe recto-verso
Par contre, avec cette méthode, les volumes de matière inaccessibles sont beaucoup moins fréquents et bien moins volumineux. Il devient possible de réaliser des strates dotées de facettes orientées en dépouille et en contre-dépouille sans nécessairement engendrer des surplus de matière, même si ce n’est pas certain (voir Figure 2.8).
On peut constater que le choix de tranches de faible épaisseur présente encore un avantage supplémentaire, car un grand nombre de hauteurs de tranchage favorise l’opportunité de séparer dépouilles et contre-dépouilles.
2.2.4. Epaisseurs variables
Le principe de la méthode des épaisseurs variables consiste à s’affranchir de l’épaisseur de la plaque employée et de trancher à des hauteurs quelconques. Il est bien évidemment impossible de réaliser des tranches plus épaisses, mais il est possible de créer des strates moins épaisses en effectuant un surfaçage des strates.
Figure 2.9. Les plans de tranchage sont imposés manuellement afin d’optimiser la réalisation.
Ainsi, on peut imposer des hauteurs de tranchage précises, et optimiser la séparation des dépouilles et contre-dépouilles (voir Figure 2.9). Cette technique peut permettre d’économiser une découpe recto-verso, mais elle amène des surfaçages supplémentaires (il est à noter que la découpe recto-verso impose un surfaçage sur chaque strate).