• Porteur du projet : Raphaël
• Date : 27/10/2015

J’ai toujours été impressionné par les mécanismes des casse-tête style Rubik’s Cube, les « twisty puzzles » en anglais. Il en existe de très nombreuses variantes et leurs créateurs rivalisent souvent d’imagination pour inventer des modèles incroyables.

J’ai eu envie de me lancer dans le design de twisty puzzles, et avoir accès à une imprimante 3D ici au LFO m’a permis de réaliser ce projet, et par la même occasion d’apprendre à utiliser cet outil extraordinaire.

J’ai voulu commencer « simple » en reproduisant le mécanisme d’un Rubik’s Cube 3x3x3, sauf qu'il ne s'agira pas d'un cube…

Plastique PLA, mastic, vis, feuille de vinyle autocollante, papier de verre, super glue et feutre indélébile.

Logiciels : Autodesk Fusion 360, Cura.

Outils : Imprimantes 3D Ultimaker 2 et Prusa i3, Découpeuse 2D Silhouette Cameo.

Pour commencer il a fallu créer un icosaèdre (un des 5 solides de Platon, à 20 faces triangulaires). Pour cela, il suffit de créer 3 rectangles perpendiculaires sur 3 axes, ayant un rapport longueur/largeur de 1 sur le nombre d’or (1.618 environ). Les coins de ces rectangles ainsi disposés correspondent aux sommets d’un icosaèdre régulier, en les reliant on obtient un solide.



Il faut maintenant définir une ligne de coupe. C’est dans cette simple ligne que réside toute la mécanique du puzzle, en la modifiant même légèrement, on change complètement l’aspect des pièces qui seront obtenues.



Ensuite il faut créer une surface en appliquant une révolution à cette ligne sur l’axe représenté ici en rouge. On obtient une surface en forme d’assiette. Ensuite on duplique et tourne cette surface pour que chacune corresponde à la face d’un cube (car même si j’utilise ici un icosaèdre, la mécanique est celle d’un cube). Il ne reste plus qu'à couper l’icosaèdre avec ces surfaces.



Voilà ! La mécanique est créée, 8 coins, 12 arrêtes, 6 centres, voici les 3 types de pièces qui composent ce puzzle.



Il faut faire de la place au centre pour la pièce qui tiendra toute la structure, pour cela on coupe les pièces avec une sphère placée au centre.



Pour améliorer la rotation et la tolérance au désalignement il faut arrondir les bords de chaque pièce.



On duplique les pièces pour obtenir le puzzle entier.



Il faut aussi prévoir de la place pour les vis qui maintiendront les centres.



Et dessiner le « core » où viennent se fixer les vis.



Voici une vue éclatée du puzzle.



Pour dessiner les autocollants il faut prendre chaque face sur chaque pièce, garder une marge fixe, puis arrondir les angles.



La version numérique du puzzle est maintenant terminée.



On passe à la réalisation avec Cura, un logiciel qui permet de convertir le modèle 3D en fines couches qui seront imprimées par l’imprimante.

Le principal problème de l’impression par couches c’est la gravité ! Forcement pour faire tenir une couche il faut de la matière en dessous. Cura est là pour nous aider à pallier à ce problème en construisant des échafaudages miniatures afin de pouvoir imprimer l’objet.

Selon l’orientation de la pièce il y aura plus ou moins besoin de supports. Une autre solution consiste à couper la pièce en plusieurs parties afin d’éviter l’utilisation de supports et surtout d’éviter de devoir ensuite les enlever, car parfois cette étape peut être problématique.




En jouant avec l’orientation on peut parfois se débrouiller pour se passer de supports même sur une pièce complexe comme ici. J’ai tout de même ajouté une fine couche de plastique à la base de la pièce pour favoriser l’accroche sur le plateau de l’imprimante.




Toutes les pièces sont imprimées, on passe au montage.



La forme est là, ça tourne, mais il y a de nombreuses imperfections, les surfaces ne sont pas lisses, et il manque de la matière à certains endroits… Le passage du concept 3D au monde réel ne correspond pas exactement à l’idée que j’en avais.



Qu’à cela ne tienne, mon besoin de perfection me pousse à corriger tout ça ! Je recouvre chaque pièce de mastic, ponce les faces internes, puis remonte le puzzle. A ce stade il ne ressemble plus à grand-chose, et j’ai un peu peur d’avoir tout gâché.



Après un ponçage méticuleux je retrouve mon icosaèdre, plus parfait que jamais !



Un peu de feutre indélébile pour cacher le gris du mastic.



La planche d’autocollants que j’ai pu découper grâce à la découpeuse 2D.



Voilà, le Rubikosaèdre est terminé !



Si certains se demandent comment un Rubik’s Cube à une seule couleur peut être mélangé, voici la réponse en image :

Pour la résolution on ne se base plus sur les couleurs mais sur la forme des pièces, ce n’est pas vraiment plus dur ou plus facile, c’est juste différent !

Et pour le plaisir, une petite série de comparaisons virtuel/réalité en 3 images, sur chacune il y a un rendu 3D sous Fusion 360 et une vraie photo.





Merci d'avoir parcouru mon projet jusqu'au bout !
A bientôt pour de nouvelles aventures ;)