le role 3DExperience dédié a la conception prédictive
Les AVANCéES technologiques
Développé il y a maintenant déjà une vingtaine d’année, l’optimisation topologique consiste à améliorer certaines caractéristiques d’une pièce dans le but d’obtenir un gain important sur un critère précis. Il s’agit, selon l’industrie et l’objectif voulu, de réduire ou maximiser au plus une caractéristique intrinsèques de la pièce.
Malgré son ancienneté et son potentiel dans tous les domaines industriels, l’optimisation topologique présentait un défaut majeur : il était compliqué de produire le résultat d’une optimisation à des coûts raisonnables. Les travaux issus d’une optimisation topologique, de part la recherche de l’efficience, présente des formes et des contours bien moins communs que ceux des pièces d’origines.
Depuis maintenant quelques années, il est désormais possible de concevoir et d’optimiser des pièces puis de les fabriquer bien plus aisément via un nouveau procédé de fabrication : la fabrication additive. Par son essence même, la fabrication additive permet de produire des formes plus naturelles en conservant un coût et un délai acceptables.
Toutefois, la fabrication additive reste un processus complexe et peu maîtrisé, même pour un concepteur aguerri. Un designer qui réalise une nouvelle pièce en impression 3D n’aura qu’1 chance sur 2 pour qu’elle soit bonne à sa sortie d’impression. Si le concepteur est bon, sa chance d’obtenir une pièce valable monte à 3 chances sur 4 et dans le cas où il se trouve être particulièrement doué, il peut alors atteindre les 85% de chance d’imprimer quelque chose de correct !
La pièce d’origine est fonctionnelle mais il est souhaitable de l’alléger.
L’optimisation topologique permet d’alléger la pièce au maximum sans perdre en résistance, cependant elle ne peut être produite de façon traditionnelle.
L’alliance des deux procédés, l’optimisation topologique et fabrication additive, permet de rendre l’un possible grâce à l’autre : chacun apporte son aide et ses possibilités à l’autre afin de lui permettre d’être efficace, utilisable et cohérent. L’additive manufacturing permet de pleinement fabriquer les pièces optimisées topologiquement : les industriels ont désormais la possibilité d’imprimer à bon coût et à un délai acceptable. L’optimisation topologique aide ainsi à minimiser les risques et à maximiser le taux de réussite des pièces réalisées via la fabrication additive.
Le rôle FUNCTIONAL GENERATIVe DESIGN (GDE) : UNE NOUVELLE MANIÈRE DE CONCEVOIR
Dans la 3DEXPERIENCE le rôle Functional Generativ Design (GDE) est un ensemble d’applications dédiées à l’optimisation, l’analyse et la reconstruction de pièces : il s’agit d’optimiser la topologie d’une pièce en respectant des contraintes et des objectifs préalablement définis comme réduire la masse ou maximiser la raideur par exemple.
Plus qu’un simple rôle, le Functional Generative Design est une réelle innovation dans la manière de concevoir les pièces. Aujourd’hui, il s’agit pour le designer de faire une extrusion à partir d’une esquisse préalablement créé pour y ajouter congés, poches ou éventuellement dépouilles pour une fabrication par moulage. Avec GDE, les étapes de création sont toutes autres, il suffit de définir :
L’espace de conception
Le volume alloué à la pièce et duquel elle ne doit pas sortir ;
Les zones fonctionnelles
Les secteurs qui seront en action/contact, soumis à des forces ;
Les cas de charges
Évoluant dans un environnement, elle en subit les forces et contraintes ;
Les objectifs
Les paramètres importants à optimiser, tels que le poids ou la raideur.
Automatiquement GDE lancera un calcul qui aura pour objectif de proposer des conceptions respectant le cahier des charges fourni.
Avec Functional Generative Design, on assiste à une inversion du processus de conception ! Il s’agit de ce que l’on pourrait appeler le « nouveau CATIA » avec une véritable révolution à venir au sein des bureaux d’études.
Un nouveau workflow
Avec Functional Generative Design, il devient possible de concevoir autrement. Concevoir autrement des pièces implique de réfléchir autrement et de procéder autrement. Cette nouvelle manière de faire suppose de nouvelles étapes de conception et ainsi un nouveau WorkFlow en 6 étapes principales :
1. Design Space
Définition du volume alloué à la pièce dans l’espace et les points d’ancrage : la solution suivra ces indications afin que la pièce puisse à la fois se placer dans son assemblage et tenir ses liaisons.
2. Functional Specifications
Définition des cas de charge, forces et contraintes que la pièce est destinée à subir. Il s’agit de la base de la solution qui calculera ainsi comment dimensionner et structurer la pièce afin qu’elle résiste à ces charges lors de son usage.
3. Topology Optimization
A partir des cas de charges et limites imposées, le systèmes recherche la solution la plus proche des critères d’optimisation choisis. Il sera ensuite possible de modifier le résultat selon plusieurs paramètres.
4. FEA Validation
Une fois le résultat accepté, une étape de simulation s’impose pour valider les caractéristiques techniques de la pièce obtenue : il s’agit de vérifier qu’elle est bien en mesure de résister aux cas de charges prévus.
5. Trade-Off Study
Bien que lié à la fabrication additive, GDE prend aussi en compte la fabrication traditionnelle. En fonction du mode de fabrication tel ou tel design sera privilégié.
6. Detailed Design
Le résultat de l’optimisation topologique est un solide CATIA à part entière : vous pouvez travailler dessus comme sur n’importe quelle autre pièce, de le lisser simplement avec l’aide de la solution.
GDE, une solution polyvalente
Un solide CATIA directement utilisable
A la suite d’une optimisation topologique, vous obtenez directement un solide CATIA à part entière et non un maillage. Vous pouvez par la suite l’usiner, réaliser un dessin ou encore l’envoyer en format STEP sans aucun travail préalable.
Il s’agit d’un réel gain de temps : vous n’avez aucune opération à réaliser pour recréer un solide depuis un maillage et la chaîne numérique est conservée.
Pour toutes les méthodes de fabrication
Bien que très complémentaire à la fabrication additive, GDE est un outil particulièrement polyvalent.
Qu’il s’agisse d’usinage, de moulage ou lde forgeage, le rôle functional generative design répond aux besoin de ces méthodes de fabrication. Mieux encore, il permet d’ailleurs de comparer les différentes solutions de fabrication.
En évolution
Début 2018, il n’est pour l’heure possible de pratiquer du génératif qu’à partir d’un calcul de structure statique.
A terme, l‘objectif est de rendre le travail génératif en multi-physique, c’est à dire en définissant des contraintes thermiques, fluidiques ou encore acoustiques.