Conception générative, prototypage et fraisage CNC

Lorsque vous êtes chargé d'effectuer le prototypage en interne ou de créer votre propre laboratoire de prototypage, vous pouvez constater qu'il existe une quantité écrasante d'informations à évaluer.

Des capacités aux coûts, aux besoins en espace et aux préoccupations concernant le bruit, les vibrations, les déchets et l'efficacité énergétique, la capacité d'isoler et d'agir sur les besoins spécifiques de votre opération peut être compliquée.

Cela est particulièrement vrai à mesure que la fabrication évolue et que de nouveaux processus comme la conception générative occupent le devant de la scène, offrant encore plus de complexités à prendre en compte.

Modern Machine Shop a récemment signalé que,

Apprenons-en plus sur ces développements de pointe et sur la façon dont la conception générative peut fonctionner en parfaite harmonie avec le fraisage CNC dans votre laboratoire de prototypes.

La genèse du design génératif

La conception générative perturbe la façon dont la fabrication a été effectuée d'un point de vue à la fois pratique et philosophique - avec une perspective ancrée dans une appréciation du monde naturel et de l'évolution, en particulier.

"L'évolution a, au cours de milliards d'années, perfectionné les espèces animales et végétales qui peuplent la planète, abandonnant les conceptions moins qu'optimales au profit de celles qui peuvent survivre et prospérer", écrit Rani Richardson pour Industry Week.

Dans la poursuite d'un processus perfectionné de la même manière, Richardson demande :« Et si la conception évolutive pouvait être imitée à l'aide de méthodes scientifiques ? Et si ce processus pouvait être accéléré pour être achevé en quelques minutes et secondes au lieu d'années ou d'éons ?"

Entrez dans la conception générative, "qui utilise l'apprentissage automatique pour contourner l'approche évolutive et couper jusqu'à la forme optimale".

En innovant le processus de mise en production du prototype :

Cette nouvelle philosophie gagne du terrain grâce à l'intelligence artificielle et à un processus de conception repensé. À la base, le processus de conception "est généralement une série de raffinements réducteurs, examinant le cahier des charges de conception dans un champ d'application plus large et le rétrécissant jusqu'à ce que la meilleure solution possible soit trouvée".

L'intégration de l'intelligence artificielle dans la conception générative a modifié la manière dont le prototypage peut être réalisé, permettant des résultats plus diversifiés que jamais auparavant.

Selon la semaine de l'industrie :

Compte tenu de cet élan indéniable, quelle est la place du design génératif dans votre modèle de fabrication ?

Que signifie la conception générative pour les fabricants ?

La fabrication moderne est constamment mise au défi par la demande des consommateurs pour de meilleurs produits pouvant être livrés sur le marché plus rapidement que jamais. Ce besoin de rapidité, combiné à la recherche incessante de produits toujours meilleurs, peut s'avérer éprouvant pour le processus de fabrication.

Entrez dans l'avantage de l'Intelligence Artificielle inhérent à la conception générative :« Mais, comme de nombreuses applications modernes de l'Intelligence Artificielle, la notion de base est la suivante :si vous mettez en commun suffisamment de puissance de calcul, votre réseau est capable d'effectuer très rapidement de nombreuses itérations de tâches très complexes. ”

Afin de rester compétitifs et de protéger leurs résultats, de plus en plus de fabricants s'appuient de plus en plus sur la conception générative comme stratégie clé qui permet « aux ingénieurs et aux concepteurs d'aborder les problèmes de conception de manière plus innovante et efficace. En fin de compte, cela raccourcit le processus de conception et de prototypage et accélère le temps nécessaire aux produits innovants pour arriver sur le marché."

Que génère réellement la conception générative ?

Une meilleure question pourrait être :qu'est-ce qu'il ne génère pas ?

La conception générative a des implications encourageantes pour une variété de secteurs verticaux, notamment l'aéronautique, l'automobile et la défense.

Alors que l'industrie manufacturière projette des applications supplémentaires pour cette pensée de conception améliorée, "il existe de nombreux exemples d'utilisation de ces outils aujourd'hui, des articles ménagers tels que les chaises à la conception industrielle des châssis de voiture et des cloisons d'avion."

Pour les industries aérospatiale et automobile, « la conception générative aide les ingénieurs à atteindre des objectifs tels que la réduction du poids des pièces, la maximisation de la rigidité, la réduction des coûts et l'optimisation de l'utilisation des matériaux. L'utilisation de la conception générative peut réduire le poids des pièces de 30 % en utilisant la fabrication traditionnelle à 70 % en utilisant la fabrication additive."

Du point de vue des biens de consommation, nous voyons déjà une gamme de produits hautement reconnaissables mis à disposition sur le marché par le design génératif. Bonne nouvelle si votre laboratoire de prototypage s'adresse aux clients qui fabriquent ces produits.

Quels types de produits de consommation, en particulier ?

"Eh bien, les produits de consommation créés avec un design génératif arrivent déjà sur nos étagères sous la forme de baskets Adidas et d'embouts mélangeurs Vitamix, et nous devrions nous attendre à ce que d'autres produits suivent sous la forme d'articles de sport, d'étuis pour téléphones portables et d'appareils électroménagers."

Mais ce n'est vraiment que la pointe de l'iceberg :« Il n'y a pratiquement aucune limite à ce que le design génératif peut créer. Avec sa base dans les conceptions de la nature, la conception générative est presque une représentation de la conception qui boucle la boucle. »

Que promet la conception générative pour le prototypage en interne ?

La conception générative offre plus de possibilités de prototypage que les processus traditionnels n'ont jamais été en mesure de fournir. Pour commencer, la conception générative vous donne le pouvoir d'augmenter à la fois la quantité et la qualité des prototypes que vous produisez, en fonction des spécifications de conception et des besoins du produit.

Le potentiel pour de meilleurs prototypes

Plutôt que de s'appuyer sur une solution ou un prototype unique, les fabricants peuvent désormais bénéficier d'une plus grande précision de conception pour des solutions client plus solides :

La conception générative crée des milliers de solutions possibles pour un produit - sur la base de critères et d'objectifs définis par le concepteur - et produit des géométries et des formes qui prendraient normalement des jours, voire des mois, à développer manuellement... Ce processus garantit que le concepteur ou l'ingénieur est choisir la conception qui répond aux objectifs les plus importants de leur conception spécifique.

Lorsqu'il s'agit de solutions stratégiques et scientifiquement soutenues, la conception générative offre des options plus convaincantes et, "Ces options incluent souvent des géométries non conventionnelles qu'un concepteur humain ne proposerait probablement jamais - des géométries qui fonctionnent mieux que leurs homologues plus conventionnels."

Du point de vue des opérations, de meilleurs prototypes et de meilleures performances sont synonymes de meilleurs produits. Pour un designer, le design génératif est l'intégration de l'intelligence artificielle dans son ensemble d'outils; permettant ainsi de nouvelles méthodes pour résoudre les dilemmes de conception les plus difficiles et, plus important encore, accélérer la mise sur le marché d'un produit.

Le facteur humain rencontre le design génératif

Bien sûr, pratiquement toute mention de l'intelligence artificielle dans l'industrie manufacturière ou d'autres industries est automatiquement accueillie par la préoccupation que les robots remplacent les humains et que des processus comme la conception générative élimineront bientôt le besoin d'une main-d'œuvre humaine.

Certes, la conception générative devrait transformer le paysage de la fabrication au cours des dix prochaines années.

Selon Bryce Heventhal, responsable du marketing technique pour Autodesk, Inc,

Notez l'élément critique de cette phrase :les ingénieurs humains.

En fait, "il y a une chose sur laquelle Heventhal veut insister sur la conception générative :elle n'est pas destinée à remplacer les travailleurs humains. Il dit plutôt que l'intelligence artificielle est un mécanisme précieux pour étendre, par ordre de grandeur, les capacités des ingénieurs et des concepteurs à tester de nouvelles conceptions et à les incorporer dans les produits qu'ils construisent. »

En termes simples, "Ils sont encore en train de prendre les décisions", déclare Heventhal. « Nous leur donnons simplement de meilleurs outils pour prendre ces décisions. Cela ne va pas remplacer les emplois, cela va augmenter les emplois. »

Du point de vue de l'évolution humaine, cela revient à retracer le développement de l'homme ancien à l'homme moderne et l'utilisation d'outils rudimentaires et d'éventuelles applications avancées. La conception générative n'est que le dernier chapitre de l'humanité tirant parti de la technologie :

« Le design thinking ne s'en va pas, il évolue pour tirer parti des outils modernes. De la même manière qu'un menuisier utilise une perceuse électrique au lieu d'une perceuse à main, les concepteurs de produits et les ingénieurs de demain abandonneront lentement les processus manuels."

Équilibre entre complexité et manufacturabilité

L'une des préoccupations qui découle des pièces conçues de manière générative est leur niveau de complexité à fabriquer. Il n'est pas rare d'entendre des pièces de conception générative décrites comme "extraterrestres", "organiques" ou "bizarres".

Heureusement, l'esthétique vient loin derrière la fonctionnalité; cependant, cela introduit un niveau de complications pour le processus de fabrication - avec une multitude de surfaces sculptées, le processus de création d'une pièce de conception générative peut être long et inefficace.

Heureusement, la naissance de la conception générative a bien coïncidé avec les progrès des processus de fabrication. Plus particulièrement, les progrès de la fabrication additive au cours de la dernière décennie ont accéléré les capacités des imprimantes 3D, tout en réduisant simultanément leur coût. Cependant, il existe des limites, notamment lorsqu'une grande précision est nécessaire. Bien que cela continue de s'améliorer dans le domaine de la fabrication additive, il est actuellement hors de portée pour de nombreux laboratoires de prototypes en raison des coûts initiaux et de maintenance élevés.

Dans le monde de la fabrication soustractive, l'usinage CNC 5 axes s'est répandu, avec un plus grand nombre de marques proposant des équipements performants et plus de logiciels que jamais pour aider à créer les parcours d'outils complexes nécessaires à la création d'une pièce de conception générative.

Pourtant, comme pour tout, il y a des inconvénients.

En raison de leurs commandes exigeantes, les machines à 5 axes nécessitent un niveau de compétence plus élevé de la part de l'opérateur et du programmeur. De plus, pour protéger l'investissement dans une fraiseuse 5 axes, un deuxième ensemble de logiciels est souvent recommandé pour simuler le parcours d'outil à inspecter pour les collisions.

De plus, les machines 5 axes peuvent devenir assez chères. Ceci est inhérent à leur conception - chaque fois qu'un axe est introduit dans une fraiseuse, une plus grande zone de travail est sacrifiée - par la suite, même les machines à 5 axes avec de petites enveloppes de travail peuvent être assez grandes. La situation n'est alors pas idéale lorsqu'une grande pièce de conception générative doit être usinée - il n'est pas exagéré d'affirmer que la machine nécessaire peut coûter jusqu'à 7 chiffres avant les coûts d'outillage. Même l'outillage est spécialisé dans ce cas pour pouvoir atteindre les caractéristiques profondes et élaborées de la pièce de conception générative.

Bien que suffisamment d'argent puisse résoudre ces problèmes, la plupart des laboratoires de prototypes préfèrent fabriquer des pièces avec les outils dont ils disposent, et la plupart d'entre eux ont des fraiseuses à 3 axes, et non 5. Heureusement, l'équipe d'Autodesk, les fabricants de Fusion 360, prêtaient attention à cette énigme.

Avec les contraintes de fabrication, les utilisateurs peuvent définir exactement comment ils vont produire leur produit final - que ce soit avec l'impression 3D ou la méthode exacte d'usinage CNC dont ils disposent (fraisage CNC 2,5, 3, 4 ou 5 axes). En introduisant ces données dès le début, les algorithmes du programme peuvent créer des formes qui fonctionnent parfaitement avec la configuration de leur machine. Avec l'ajout de cette fonctionnalité, Autodesk a trouvé un moyen de rendre la conception générative accessible et pratique pour le public le plus large possible.

Faites partie de l'évolution

En fin de compte, la conception générative est un développement passionnant pour les fabricants, sans parler d'une variété de secteurs verticaux, et les consommateurs, car :« La capacité de l'IA et des outils de conception générative à stimuler l'innovation et l'efficacité verra leur adoption propulsée dans tous les secteurs. Ils deviendront les nouveaux collaborateurs du processus de conception, renforçant les rôles du concepteur et de l'ingénieur et créant des produits comme nous n'en avons jamais vus auparavant."