Comment le design génératif impacte-t-il la fabrication additive ?

Le design génératif est un processus de conception itératif qui génère de multiples résultats de conception qui répondent à des contraintes prédéfinies. Ce processus est utilisé dans divers domaines tels que l’art, l’architecture et la conception de produits pour développer des solutions à partir de sons, d’images et de modèles CAO. L’un des principaux avantages de la conception générative est qu’il s’agit d’une méthode rapide pour explorer les possibilités de conception. Par exemple, elle permet d’évaluer plusieurs centaines, voire milliers de solutions possibles dans un délai relativement court.

Dans le monde de la fabrication, cette méthode de conception a été utilisée pour optimiser des pièces. Le processus de design génératif commence dans un logiciel qui peut générer des options prêtes pour la CAO en fonction des contraintes du monde réel et des exigences de performance. En définissant ces dernières, les ingénieurs peuvent obtenir une légèreté, une amélioration des performances, une consolidation des pièces ou une durabilité par exemple. Par conséquent, le design génératif modifie le processus de conception car les ingénieurs peuvent résoudre des problèmes et proposer des solutions de conception qu’ils n’auraient pas pu imaginer seuls.

Aujourd’hui, il existe sur le marché de multiples solutions qui ciblent les besoins de différents secteurs. Peter Rogers, spécialiste des produits de fabrication additive APAC chez Autodesk, explique plus en détail le processus de design génératif pour la fabrication : « Il n’a pas besoin de géométrie de départ. Les utilisateurs entrent les zones que la pièce doit conserver (les régions préservées), les zones dans lesquelles le matériau ne doit pas entrer (les zones d’exclusion) et ensuite les exigences de performance (zones contraintes, forces et pressions sur la pièce, etc.). De là, vous pouvez entrer plusieurs matériaux auxquels vous avez accès, ainsi que des critères de fabrication (tels que l’épaisseur minimale de la paroi et les critères d’angle de support pour la fabrication additive, la taille de la mèche pour la CNC, etc.) Vous introduisez quelques indications de base en termes d’objectifs, et l’outil utilisera les algorithmes de conception avancés d’Autodesk en parallèle avec la technologie de simulation pour créer des solutions géométriques validées, estimées en termes de coûts et réalisables selon le problème de conception défini. »

Quels sont les avantages du design génératif ?

Afin d’explorer les possibilités de conception en fonction des contraintes et des exigences, les logiciels de design génératif s’appuient sur l’intelligence artificielle et l’apprentissage machine pour imiter l’approche évolutive de la nature en matière de conception. En d’autres termes, le logiciel explore toutes les combinaisons possibles pour aboutir à toutes les solutions possibles. Une méthode qui est bien souvent confondue avec l’optimisation topologique. Tod W. Parrella, NX Product Management for Siemens Digital Industries Software, explique la différence : « L’optimisation topologique optimise la forme du produit pour satisfaire les exigences du système telles que la résistance, le poids, le refroidissement ou l’écoulement. L’ingénierie générative explore l’espace de conception des options et des possibilités à un niveau supérieur et à une échelle plus large, en évaluant les exigences multidisciplinaires avec la capacité de résoudre des objectifs multiples. » Par conséquent, au lieu d’évaluer un résultat de conception avec l’optimisation topologique, les ingénieurs peuvent s’appuyer sur le design génératif pour comparer et considérer une multitude de résultats de conception.

Les opportunités que le design génératif peut apporter aux entreprises sont énormes. Par exemple, Siemens sert 8 industries de base sur le marché pour améliorer les performances des produits. Comme mentionné, certaines des exigences peuvent prendre en compte le poids, la structure, l’assemblage mais aussi les coûts de fabrication. Parrella explique certains des avantages dans des applications réelles : « L’allègement des produits apporte une performance accrue et un meilleur rendement énergétique aux industries automobile, aérospatiale et énergétique. Les implants médicaux à structure poreuse améliorent l’adhérence de la croissance osseuse et les résultats pour les patients. La réduction de la complexité de l’assemblage entraîne des économies de fabrication importantes grâce à la réduction des coûts d’outillage et d’assemblage. L’optimisation de la masse améliore les performances des équipements lourds. »

Conception générative et impression 3D : un duo gagnant ?

Comme vous le savez peut-être, le design génératif fait partie de la famille des techniques de conception pour la fabrication additive (DfAM). Étant donné que l’impression 3D permet un nouveau niveau de liberté de conception, il est logique de l’utiliser pour des modèles complexes qui nécessitent une méthode de fabrication plus flexible. Cependant, elle n’est pas toujours la technologie que vous souhaitez utiliser avec l’ingénierie générative. Rogers explique plus en détail : « Beaucoup de pièces sont fabriquées par impression 3D alors qu’elles pourraient être conçues plus efficacement avec des méthodes de fabrication traditionnelles. Dans d’autres cas, des pièces fabriquées de manière traditionnelle pourraient être réalisées beaucoup plus efficacement avec la bonne méthode de conception, ce qui augmenterait la performance des pièces et réduirait les déchets en utilisant la fabrication additive. Il ne s’agit pas du tout de pousser toutes les conceptions à la 3D, mais plutôt de s’assurer que la bonne conception va dans la bonne technologie de fabrication pour obtenir le résultat le plus souhaitable. »

Néanmoins, la liberté de conception permise par les technologies de fabrication additive peut être très bénéfique pour exploiter les possibilités du design génératif. Par exemple, il est possible de trouver des solutions pour l’optimisation structurelle, thermique et de flux, mais aussi pour l’optimisation de l’orientation des pièces basée sur l’ingénierie, par exemple pour minimiser la surface, le volume du support, la surchauffe ou le temps d’impression. En fin de compte, « l’aptitude à la fabrication dépend de nombreuses variables telles que les matériaux, les volumes de fabrication et les coûts de production visés« , explique M. Parrella. Et les principaux facteurs qui poussent vers la fabrication additive sont : « la possibilité de réduire considérablement la complexité de l’assemblage des produits grâce à la consolidation des pièces, des possibilités accrues de mettre sur le marché des produits personnalisés et adaptés, et une flexibilité de fabrication nettement plus grande« , ajoute-t-il.

L’évolution de l’ingénierie générative est en corrélation directe avec la puissance de calcul et les récents progrès des algorithmes, y compris les avancées en matière d’intelligence artificielle. En même temps, les technologies d’impression en 3D sont arrivées à maturité et permettent aujourd’hui de produire à l’échelle. Compte tenu de ces évolutions, Peter Rogers commente : « Dans la fabrication additive, nous constatons que la plupart du temps, la légèreté ne suffit pas. Pour mieux justifier l’utilisation de la 3D, nous devons également accroître les performances et la fonctionnalité des pièces, ce qui se traduira par l’ajout d’une conception générative basée sur la simulation dynamique pour optimiser les débits, l’optimisation du rendement thermique, la réduction des vibrations, etc. Une fois que ces capacités de simulation seront ajoutées au processus de design génératif, nous verrons vraiment la fabrication additive atteindre son jour de gloire. »

Le design génératif est-il la clé pour accroître la performance et les fonctionnalités d’une pièce imprimée en 3D ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !