Magazine Mercredi 16 octobre 2019 - 21:44

Design génératif, gagner du temps

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Si certaines entreprises entament leur transition numérique seulement aujourd’hui, de nombreuses industries ont déjà franchi le cap. La quatrième révolution industrielle tant annoncée a été moins subite que la précédente, elle est cependant bel et bien là... avec de nouvelles manières d'analyse et de conception.

Le numérique a offert de nombreuses possibilités aux industries. Après avoir automatisé, on a appris à évaluer avec précision les performances de la chaîne de production, puis à produire des pièces de manière individualisée grâce à l’impression 3D. La myriade d’outils numériques qui sont aujourd’hui à notre disposition permet aux directions d’avoir une vision fiable de leurs unités de production, à la sous-traitance d’être constamment en lien avec ses commanditaires ou encore de mieux gérer ses stocks. Les équipes adoptent des méthodes plus agiles tout en réduisant la pénibilité de leurs tâches. Cependant, toutes ces avancées ne suffisent pas à relever l’ensemble des défis auxquels doit faire face l’industrie – concurrence accrue, augmentation des coûts des matières premières et de la logistique – ou encore à répondre à un nombre grandissant d’injonctions sociétales : éco conception, environnement, éthique.

L’impression 3D permet déjà de résoudre un certain nombre de ces enjeux : relocalisation de la production, fabrication sur mesure, Cloud Manufacturing. Mais les technologies d’impression 3D ne peuvent pas tout résoudre à elles seules. Pour améliorer une pièce, de multiples facteurs vont peser dans la balance, comme la réduction du poids. Lors de la création de projets industriels, les possibilités pour atteindre un objectif sont extrêmement nombreuses, tout comme les contraintes auxquelles elles doivent répondre. Tester l’ensemble des combinaisons possibles prendrait bien trop de temps… Sauf pour un ordinateur.

Le design génératif : une nouvelle étape pour la conception 3D

Le design génératif (traduit de l’anglais : Generative Design) est une nouvelle étape dans l’évolution des technologies de conception 3D. Comme dans l’optimisation topologique, une de ses fonctions clés est l’optimisation de la masse. Rien de nouveau sous le soleil, donc, en apparence. La vraie nouveauté tient dans la capacité d’analyse et de conception automatisée des logiciels de design génératif. À la base de ce processus, un designer va, à partir d’un cahier des charges fonctionnel, définir les fonctions, les résistances ou encore les moyens de fabrication. Il va ainsi générer un grand nombre de modèles simultanément grâce à la puissance du Cloud. Il pourra ensuite sélectionner la proposition qui lui convient, qui apporte le meilleur équilibre entre coût et performance, le design le plus approprié, etc. Avec le design génératif, les entreprises peuvent lancer de nouveaux projets de conception à partir de caractéristiques techniques et obtenir des pistes créatives, mais également concevoir des composants monolithiques en remplacement d’assemblages de composants ou encore améliorer des pièces : solidité, poids, facilité de réalisation, etc. Il s’agit d’une étape majeure dans la conception 3D. Pour certains experts CAO, à l’instar de Christine Moullet, experte CAO et formatrice chez F3DF, « nous revivons avec le Generative Design ce que nous avons connu avec la démocratisation de la 3D paramétrique dans les années 1990. Comme ce fut le cas avec l’adoption de l’approche paramétrique, les entreprises qui seront concurrentielles demain sont celles qui forment leurs équipes aujourd’hui. »

Le design génératif, une réalité du terrain ?

Cette technologie, longtemps réservée aux laboratoires de recherche et grands groupes industriels, est aujourd'hui sur le terrain et se démocratise notamment avec des solutions logicielles accessibles, comme celle proposée Autodesk avec Fusion 360. Les applications se multiplient. Le design génératif est adopté par les plus grandes entreprises. General Motors (GM) a déjà expérimenté le design génératif et nous livre les résultats obtenus et les ambitions qui découlent de cette étude. Grâce à un travail commun avec Autodesk, le constructeur automobile a fabriqué un support de siège – où les ceintures de sécurité sont fixées – plus léger de 40 %, pour une solidité 20 % supérieure, une gestion des stocks simplifiée et une rationalisation de la supply chain (photo ci-dessous). Le logiciel a produit plus de 150 options de conception valides basées sur les paramètres définis par les ingénieurs, tels que les points de connexion requis, la résistance et la masse. Ces derniers se sont concentrés sur un nouveau design, inimaginable auparavant. Ce logiciel démontre également un autre avantage majeur de la conception générative – la consolidation des pièces. La nouvelle pièce est composée de huit composants différents réunis en une seule pièce imprimée en 3D. General Motors, qui a déjà une longue expérience dans la fabrication additive, voit des opportunités incroyables dans la conception générative. La réalisation de son support de siège n’est qu’une petite démonstration de l’amélioration potentielle de la masse et de la résistance offerte par cette approche. Les avantages pour la société américaine iraient bien au-delà de l'allègement : on peut citer notamment la consolidation des pièces, la réduction du processus de développement du produit ou encore les économies de matières premières. Comme le note GM dans son communiqué de presse, ces nouvelles technologies peuvent fournir aux concepteurs de véhicules « un support pour explorer des formes et des formes jamais vues de nos jours ».

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Autre constructeur automobile, le groupe Volkswagen a dévoilé son véhicule Type 20, une version électrique et modernisée du mythique Type 2 T1 ou Combi Volkswagen de 1962. Cette voiture rétro est équipée de nombreuses technologies de pointe, notamment dans le but de maximiser la résistance tout en minimisant le poids. Le constructeur automobile a, dans son Innovation and Engineering Center California (IECC) – récemment renommé – re-conceptualisé par design génératif plusieurs composants du véhicule de démonstration comme les jantes, les supports des rétroviseurs extérieurs, le volant ou d'autres pièces intérieures du van. Les cas d'application se multiplient dans de nombreux secteurs : l’automobile et l'aéronautique, les machines industrielles, mais aussi les biens de consommation, l’architecture et la construction.

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Contenu Encadré

Rencontre avec nos experts 

Les technologies de fabrication additive combinées au design génératif ouvrent un champ d’innovation encore inexploré. Nous avons questionné Éric Paquin, expert Manufacturing and Simulation chez Autodesk, ainsi que Christine Moullet, experte CAO et formatrice F3DF, pour mieux comprendre cette nouvelle approche de la conception.

Quelles compétences sont nécessaires pour faire du design génératif ?

C. M. : Il faut être issu du métier de concepteur produit, être à même de définir les fonctions du produit, maîtriser l'aspect mécanique et la simulation. Des techniciens qui ont de l’expérience peuvent aussi prendre le sujet en main. Il faut travailler l’objet en termes de fonction et de résistance. À partir du cahier des charges fonctionnel, on vient tirer des fonctions de l’objet qui définiront les formes géométriques.

Quelle différence faites-vous entre l’optimisation topologique et le design génératif ?

C. M. : De mon point de vue, l'optimisation topologique est axée sur l'amélioration d'une conception préexistante ; avec la conception générative, le logiciel explore de multiples possibilités de conception à partir des fonctions attendues et des moyens de fabrication définis par le concepteur.

Peut-on, comme l’a suggéré Jeff Kowalski en 2016, considérer le design génératif comme de l’intelligence artificielle ? Le logiciel apprend-il ?

E. P. : L’ordinateur est devenu créatif, autrement dit capable de produire des idées que les gens peuvent ensuite exploiter. Mais le bouleversement va au-delà de la créativité : il réside effectivement dans la capacité que l’ordinateur a d’apprendre.

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