Magazine Lundi 21 octobre 2019 - 14:21

Les logiciels jouent un rôle crucial dans la chaîne de fabrication

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Les logiciels qui entourent le secteur de la fabrication additive ne concernent pas uniquement la conception et le design. Ils portent également sur la simulation, la gestion du flux de travail ou encore la sécurité.

L’ensemble des procédés de fabrication additive débute par des étapes de modélisation ou de conception assistée par ordinateur (CAO). Le modèle numérique est le point de départ dans la chaîne de fabrication. Le logiciel de CAO constitue donc un élément clé du process de l'impression 3D professionnelle et industrielle, mais il n'est pas le seul à entrer en ligne de compte. Petit tour d’horizon dans le paysage des logiciels !

Le paysage des logiciels autour de la fabrication additive

Le logiciel ou plus exactement les logiciels jouent un rôle de plus en plus critique dans la gestion du flux de travail et dans la chaîne de fabrication. La conception et la simulation ont été les premiers domaines informatiques essentiels pour le développement de suites logicielles. Quelques années plus tard, l’industrie 4.0 et l’Internet des Objets (IdO) ont favorisé le développement des domaines que sont la fabrication, la gestion du flux de travail ou encore la sécurité. Le paysage des softwares s’est énormément étendu et enrichi. Le secteur est devenu plus concurrentiel, avec plus de trente fournisseurs de logiciels répartis tout au long du processus de fabrication. La combinaison de logiciels et de systèmes spécialisés améliore les procédés de fabrication additive, multiplie les applications des technologies, met en contact les différents acteurs du secteur ou encore assure la sécurité et la propriété intellectuelle des fichiers.

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La conception pour la fabrication additive

Parmi les principaux avantages de la fabrication additive, la liberté de conception est souvent citée en haut du classement. Pour tirer le meilleur parti de la technologie, il est donc essentiel de posséder des fichiers numériques de conception et des modèles 3D de qualité. Certaines pièces peuvent être retravaillées, améliorées, allégées, etc. Pour cela, les logiciels de conception sont indispensables. L’évolution rapide des technologies d’impression 3D a poussé les outils de conception à rattraper les progrès réalisés en fabrication. Fournisseurs de suites logicielles autour de la fabrication additive 

La conception pour la fabrication additive, également nommée Design for Additive Manufacturing (DfAM), est devenue un sujet de discussion au sein de l’industrie. La conception par impression 3D requiert une approche différente des méthodes de fabrication traditionnelles. De nouvelles tendances se sont ajoutées aux techniques de fabrication telles que la numérisation et la rétro-ingénierie (reverse engineering), la conception générative ou encore l’optimisation de la topologie. Ces outils ont été développés pour offrir aux ingénieurs de nouvelles possibilités de créer des conceptions innovantes et complexes. Des conceptions qu’il serait impossible de produire avec des méthodes de fabrication traditionnelle !

Le design génératif

Grâce à la puissance du numérique, du traitement du cloud ou encore à l’intelligence artificielle (IA), les logiciels de conception générative ont fait évoluer la manière de tester tous les scénarios de conception et ont ainsi permis de repousser les limites de la création et du design. Les ingénieurs / concepteurs disposent en effet d’un panel exhaustif et novateur de scénarios qu’ils n’auraient jamais pu imaginer sans l’aide de la machine. La majorité des conceptions sont réalisées avec des logiciels de CAO, tels que SolidWorks et CATIA de Dassault Systèmes. Ceux-ci ont été développés bien avant les procédés d’impression 3D. De nombreuses industries ou entreprises – pas nécessairement utilisatrices de la fabrication additive – utilisent ces logiciels pour la conception interne et la finalisation de projets, tant en fabrication additive que soustractive / traditionnelle. Les fournisseurs de logiciels occupent une place centrale sur le marché, structuré autour d’acteurs dominants tels que Dassault Systèmes, Siemens PLM, Autodesk et Materialise.

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La rétro-ingénierie ou ingénierie inversée

La rétro-ingénierie, ou ingénierie inversée, consiste à étudier un objet pour en déterminer le fonctionnement interne ou la méthode de fabrication. Elle est nécessaire lorsque le fichier CAO d’une pièce doit être modifié et amélioré. Geomagic Design X, de 3D Systems, est l’un des logiciels d’ingénierie inversée disponible sur le marché. Il permet de capturer des données numérisées et de créer rapidement des modèles CAO précis et prêts pour la fabrication. Discovery SpaceClaim, de ANSYS, propose également une solution de réparation des fichiers.

L’optimisation topologique 

L’optimisation topologique est l’une des applications les plus intéressantes pour profiter au maximum de la liberté de conception qu’offre la fabrication additive. Elle permet de créer de nouveaux objets similaires à l’original tout en réduisant son poids, en diminuant la quantité de matière première, en ajoutant des fonctionnalités ou encore en améliorant le produit final. Elle consiste à trouver la répartition de matière idéale dans un volume donné, soumis à différentes contraintes. Elle permet aux entreprises de fabriquer des pièces dont la géométrie aurait été impossible à produire avec des méthodes traditionnelles. La possibilité de mener des analyses préliminaires dans le cycle de conception est cruciale, en particulier pour les applications hautes performances utilisant des matières premières chères, comme dans les secteurs aéronautique, spatial et automobile. L’optimisation topologique est donc une approche de conception puissante pour déterminer les formes, les densités ou les limites continues optimales afin d’obtenir les performances fonctionnelles souhaitées.

Les acteurs de la conception et du design

Le paysage des fournisseurs de logiciels de CAO pour la fabrication additive témoigne du marché concurrentiel qui entoure la conception, le design et la fabrication additive. La société Autodesk, dont les produits principaux sont Netfabb et Fusion 360, propose une gamme de softwares permettant de préparer les fichiers STL pour l’impression 3D. Elle propose également de la conception générative, avec la sortie de son logiciel A360. La société californienne ParaMatters, fondée en 2016, a mis au point le logiciel de conception générative CogniCAD. Son offre, destinée aux industriels, porte également sur des logiciels de topologie, d’optimisation, d’analyse par éléments finis haute résolution (FEA) et de géométrie informatique. Fondée en 2015, la société nTopology propose le logiciel de conception générative Element, qui fournit des outils d’optimisation et de conception permettant de créer des structures complexes sous forme de réseaux et d’objets cellulaires. D’autres acteurs proposent également des produits intéressants : Dassault Systèmes, PTC, Siemens, Altair, Onshape, ANSYS et Rhinoceros.

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Geomagic Freeform est une solution pour la conception et la fabrication de formes organiques. Elle permet, par exemple, de scanner l’oreille d’une personne puis de mesurer et de créer en 3D un bijou parfaitement adapté à sa morphologie. Ce logiciel peut importer toutes les géométries 3D : STL depuis un scanner 3D, STEP ou IGES depuis un logiciel de CAO, etc.

Simuler le processus de fabrication

L’un des défis actuels du secteur de la fabrication additive consiste à imprimer une pièce directement à partir de données CAO, dans la meilleure qualité possible et qui soit reproductible. Le processus d’impression 3D métal, par exemple, peut encore se révéler imprévisible. Les erreurs restent un problème courant pour de nombreuses entreprises, qui doivent multiplier les essais avant d’obtenir la pièce souhaitée. Afin de limiter au maximum les erreurs et les impressions inutiles, un logiciel de simulation pour la fabrication additive est fondamental.

Ce type de logiciel peut aider à réduire le risque d’échec de la construction en simulant et en prédisant le comportement d’une pièce avant même que le fichier ne soit envoyé à l’impression. Les avancées en matière de logiciels de simulation suivent la croissance du marché de l’impression 3D, en particulier celle du métal. L'outil Additive Suite d'ANSYS, par exemple, présente une série d’outils permettant de simuler à la fois les pièces

à imprimer mais également les procédés d’impression. Ces dernières années, le spécialiste en simulation numérique a investi chez les éditeurs de logiciels en faisant l’acquisition, fin 2017, de la société 3DSIM, spécialisée dans la simulation de fabrication additive, mais aussi de la société de matériaux Granta Design. Le logiciel Amphyon, d’Additive Works, a, lui, été mis au point pour permettre l’adoption d’un procédé additif « le plus précis possible » pour les technologies d’impression 3D métal. D’autres fournisseurs sont également très actifs sur le marché : MSC Software, Dassault Systèmes, Simufact, Comsol, Siemens, ESI, AMendate, AlphaStar et FLOW 3D.

Gérer le flux de production

De nombreuses entreprises ou industries ayant intégré la fabrication additive dans leur chaîne de production souhaitent, aujourd’hui, poursuivre leur développement autour de cette technologie. Interviennent alors les logiciels de gestion de flux de production ! Issus des besoins des industriels, qui doivent pouvoir gérer de bout en bout et de manière suffisamment souple les chaînes de production ou encore les départements de fabrication additive, ces logiciels WorkFlow sont capables de coordonner efficacement chaque partie du processus dans le but d’améliorer l’efficacité de la production, de gérer la traçabilité du processus et de fournir une répétabilité accrue. Ils peuvent également inclure, sans toutefois s’y limiter, la standardisation des demandes, la réalisation d’analyses d’imprimabilité et la planification de la production. Ils permettent aussi la connectivité des machines et l’automatisation, répondant ainsi à la demande des industriels en termes de solutions « plug and play » pouvant être connectées à l’ensemble de leur réseau de machines. Ce marché est occupé par : AMFG, Materialise, Link3D, AstroPrint, 3YourMind ou encore Siemens.

Sécuriser les données

Enfin, pour conclure cette présentation des logiciels entourant le secteur de la fabrication additive, il est primordial d’aborder la sécurité des données. Le développement de l’Internet des Objets (IdO) entraîne une création en masse de données et de biens numériques. Protéger ceux-ci est un enjeu essentiel, bien que celui-ci en soit pas nouveau. À mesure que les nouvelles technologies sont adoptées et que l’Industrie 4.0 se développe, les entreprises et les industriels doivent mettre en place des manières de protéger leurs actifs et de contrôler le transfert de fichiers ou de données numériques tout au long de la chaîne d’approvisionnement. L’une des caractéristiques de la fabrication additive est que la fourniture de biens physiques est remplacée, au début de la chaîne de production, par des fichiers numériques. Par conséquent, la protection et l’intégration des systèmes logiciels dans le processus de fabrication constituent une exigence croissante et cruciale pour les utilisateurs de ces technologies.

Sur ce marché, un petit nombre d’entreprises ont vu le jour. LEO Lane, par exemple, fournit une solution SaaS (software as a service) basée sur le cloud pour chiffrer les fichiers lorsqu’ils sont échangés entre deux parties. La société israélienne basée à Tel-Aviv contrôle, protège et suit les fichiers des produits conçus par fabrication additive. Ses arguments de vente : elle ne conserve aucun fichier – tous les fichiers sont conformes à la politique informatique en vigueur de la marque. Celle-ci obtient des données en temps réel sur la production de produits / pièces. Elle peut passer en toute sécurité à l’inventaire virtuel. Deux autres sociétés jouent un rôle important. GROW, fondée en 2014, offre des solutions de fabrication distribuées sécurisées permettant aux concepteurs de protéger leurs produits avec un numéro d’identification. Enfin, Identify3D propose des solutions de protection de la propriété intellectuelle, d’assurance qualité et de sécurité des données pour la fabrication numérique. Cette offre permet l’authentification des dispositifs et des paramètres, le suivi du déplacement des pièces, la protection des fichiers contre la contrefaçon et la prévention de la modification des fichiers par des interventions externes.

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L’intégration des logiciels

La nouvelle génération de logiciels est entièrement intégrée au processus de fabrication. C’est le cas des solutions logicielles du fournisseur de systèmes de fabrication additive EOS, qui recouvrent toutes les étapes de la fabrication additive, de la conception CAO au contrôle de la qualité, en passant par la préparation du travail et l’impression. Ces options permettent aux entreprises d’intégrer véritablement la fabrication additive dans des environnements de production industriels. La solution d'EOS porte sur quatre environnements.

  • • EOSPRINT est un outil de FAO intuitif, ouvert et productif, qui permet d’optimiser les données de CAO pour les systèmes EOS. Le module EOS « Parameter Editor » fait partie d’EOSPRINT et offre aux développeurs un ensemble d’outils vaste et ouvert. Proposant jusqu’à 258 paramètres, cet outil permet une plus grande liberté d’optimisation pour des applications spécifiques.
  • • EOSYSTEM est un logiciel de contrôle des systèmes et des périphériques. L’opérateur peut
  • naviguer rapidement dans le menu grâce à un écran tactile facile d'utilisation.
  • • EOSTATE est une suite de surveillance multiple automatisée et intelligente qui permet aux
  • clients de garantir en temps réel la qualité de toutes les données relatives à la production. EOSTATE est composée de quatre systèmes de surveillance différents : System, PowderBed, MeltPool et ExposureOT (tomographie optique).
  • • EOSCONNECT permet une connectivité industrielle.

Les systèmes EOS sont compatibles avec l’Internet des Objets (IdO) et peuvent être intégrés aux infrastructures informatiques existantes via le serveur « EOSTATE Everywhere », une passerelle directe. Les données sur les machines et la chaîne de production peuvent être rassemblées et mises à disposition en temps réel. EOS propose même une application intuitive pour visualiser les données dans un tableau de bord. Il s’agit de la prochaine étape vers un système de surveillance du parc de machines complet et harmonisé.

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Algorithmes et intelligence artificielle

3YOURMIND est une société fournissant des plates-formes dans le but de rationaliser et d’exploiter au maximum les technologies de fabrication additive. La méthodologie d’entrée pour l’analyse des pièces en fabrication additive utilise des algorithmes développés directement avec les leaders de l’industrie pour évaluer des applications et des technologies spécifiques. Ces résultats fournissent ensuite des rapports ciblés aux entreprises pour qu’elles évaluent les pièces ou demandent et affinent des informations sur le sous-ensemble le plus prometteur. Cet été, la société 3YourMind a annoncé que la banque d’investissement berlinoise (Investitionsbank Berlin - IBB) lui a accordé un financement de 1,3 millions d’euros, cofinancé par le Fonds européen de développement régional (FEDER), dans le cadre du programme Pro FIT Berlin « Smart 3D-printing ». Cet argent servira à étendre les applications d’apprentissage automatique, d’Intelligence artificielle, à l’ensemble de leur suite logicielle.

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