Prototypage interne : Maîtriser la conception générative, le fraisage CNC et la configuration du laboratoire

Lorsque vous êtes chargé d'internaliser le prototypage ou de construire votre propre laboratoire de prototypage, vous pouvez trouver une quantité écrasante d'informations à évaluer.

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

C'est d'autant plus vrai que la fabrication évolue et que de nouveaux processus comme la conception générative prennent le devant de la scène, offrant encore plus de complexités à considérer.

Modern Machine Shop a récemment rapporté que…

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

La genèse de la conception générative

La conception générative bouleverse la manière dont la fabrication a été réalisée, tant d'un point de vue pratique que philosophique — avec une perspective ancrée dans l'appréciation du monde naturel et de l'évolution, plus précisément.

« L'évolution a, sur des milliards d'années, perfectionné les espèces animales et végétales qui peuplent la planète, écartant les designs sous-optimaux au profit de ceux qui peuvent survivre et prospère », écrit Rani Richardson pour Industry Week.

Dans la poursuite d'un processus similaire perfectionné, Richardson demande : « Et si le design évolutif pouvait être imité en utilisant des méthodes basées sur la science ? Et si ce processus pouvait être accéléré pour être achevé en minutes et secondes au lieu d'années ou d'éons ? »

Voici la conception générative, « qui utilise l'apprentissage automatique pour contourner l'approche évolutive et aller droit à la forme optimale. »

En innovant le processus de passage du prototype à la production :

Cette nouvelle philosophie gagne du terrain, grâce à l'intelligence artificielle et à un processus de conception réinventé. À son cœur, le processus de conception « est généralement une série de raffinements réducteurs, examinant le cahier des charges dans une portée plus large et le réduisant jusqu'à ce que la meilleure solution possible soit trouvée. »

L'intégration de l'intelligence artificielle dans la conception générative a changé la façon dont le prototypage peut être accompli — permettant des résultats plus diversifiés que jamais auparavant.

Selon Industry Week :

Compte tenu de cet élan indéniable, où la conception générative s'inscrit-elle 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 qui peuvent être livrés sur le marché plus vite que jamais. Ce besoin de vitesse, combiné à la poursuite incessante de produits toujours meilleurs, peut s'avérer éprouvant pour le processus de fabrication.

Voici l'avantage de l'intelligence artificielle inhérente à la conception générative : « Mais, comme de nombreuses applications modernes de l'intelligence artificielle, l'idée de base est la suivante : si vous rassemblez assez de puissance de calcul, votre réseau est capable d'effectuer de nombreuses itérations de tâches très complexes très rapidement. »

Pour rester compétitifs et protéger leur résultat net, de plus en plus de fabricants s'appuient de plus en plus sur la conception générative comme stratégie clé qui permet « aux ingénieurs et 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 pour que les produits innovants atteignent le marché. »

Que génère réellement la conception générative ?

Une meilleure question pourrait être : que ne génère-t-elle pas ?

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

Alors que l'industrie manufacturière projette des applications supplémentaires pour cette réflexion de conception améliorée, « Il existe de nombreux exemples où ces outils sont déjà utilisés aujourd'hui, des articles ménagers comme des chaises, au design industriel de châssis de voitures et de cloisons d'avions. »

Pour les industries aérospatiale et automobile, « la conception générative aide les ingénieurs à atteindre des objectifs tels que la minimisation 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 % avec la fabrication traditionnelle à 70 % avec la fabrication additive. »

D'un point de vue des biens de consommation, nous voyons déjà une gamme de produits hautement reconnaissables mis sur le marché par la conception générative. Bonne nouvelle si votre laboratoire de prototypage sert des clients qui fabriquent ces produits.

Quels types de produits de consommation, spécifiquement ?

« Eh bien, les produits de consommation créés avec la conception générative arrivent déjà dans nos rayons sous forme de baskets Adidas et de buses de mixeur Vitamix, et nous devrions nous attendre à plus de produits sous forme d'articles de sport, coques de téléphone portable et appareils électroménagers. »

Mais ce n'est vraiment que la pointe de l'iceberg : « Il n'y a pratiquement aucune limite à ce que la conception générative peut créer. Avec sa base dans les designs de la nature, la conception générative est presque une représentation du design faisant un tour complet. »

Que promet la conception générative pour le prototypage interne ?

La conception générative présente plus de possibilités pour le prototypage que les processus traditionnels n'ont jamais pu en 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, basés sur les spécifications de conception et les besoins du produit.

Le potentiel pour de meilleurs prototypes

Au lieu de s'appuyer sur une seule solution ou prototype, les fabricants peuvent maintenant récolter les bénéfices d'une plus grande précision de conception pour des solutions clients plus solides :

La conception générative crée des milliers de solutions possibles pour un produit — basées sur des critères et objectifs définis par le concepteur — et produit des géométries et formes qui prendraient normalement à un humain des jours, sinon des mois, à développer manuellement… Ce processus garantit que le concepteur ou l'ingénieur choisit le design qui répond aux objectifs les plus importants de leur conception spécifique.

Quand il s'agit de solutions stratégiques et scientifiquement étayées, la conception générative offre des options plus convaincantes, et « Ces options incluent souvent des géométries non conventionnelles qu'un concepteur humain n'aurait probablement jamais imaginées — des géométries qui performent mieux que leurs homologues plus conventionnels. »

D'un point de vue opérationnel, de meilleurs prototypes plus de meilleures performances égalent de meilleurs produits. Pour un concepteur, la conception générative est l'intégration de l'intelligence artificielle dans leur boîte à 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 la conception générative

Bien sûr, pratiquement toute mention de l'intelligence artificielle dans la fabrication ou d'autres industries est automatiquement accueillie avec 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.

Accordé, la conception générative est projetée pour transformer le paysage de la fabrication au cours des dix prochaines années.

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

Notez le composant critique de cette phrase : ingénieurs humains.

En fait, « Il y a une chose que Heventhal veut souligner sur la conception générative — elle n'est pas destinée à remplacer les travailleurs humains. Au contraire, il dit que l'intelligence artificielle est un mécanisme précieux pour étendre, d'ordres de grandeur, les capacités des ingénieurs et concepteurs à tester de nouveaux designs et les incorporer dans les produits qu'ils construisent. »

Simplement dit, « Ils prennent toujours les décisions, » dit Heventhal. « Nous leur donnons juste de meilleurs outils pour prendre ces décisions. Ce n'est pas va remplacer des emplois, ça va les augmenter. »

D'un point de vue de l'évolution humaine, c'est comme tracer le développement de l'homme précoce à l'homme moderne et l'utilisation d'outils rudimentaires et d'applications éventuellement avancées. La conception générative n'est que le dernier chapitre de l'humanité tirant parti de la technologie :

« La pensée design ne disparaît pas, elle évolue pour tirer parti des outils modernes. De la même manière qu'un charpentier utilise une perceuse électrique au lieu d'une perceuse à main, les concepteurs de produits et ingénieurs de demain abandonneront lentement les processus manuels. »

Équilibrer complexité et fabricabilité

L'une des préoccupations qui vient des pièces conçues générativement est leur niveau de complexité à fabriquer. Il n'est pas rare d'entendre les pièces de conception générative décrites comme « extraterrestres », « organiques » ou « bizarres ».

Heureusement, l'esthétique arrive en second 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 coïncidé parfaitement avec les avancées des processus de fabrication. Plus particulièrement, les avancées dans la fabrication additive au cours de la dernière décennie ont accéléré les capacités des imprimantes 3D, tout en réduisant simultanément leurs coûts. Cependant, il y a des limitations — notamment quand une haute précision est nécessaire. Bien que cela continue de s'améliorer dans le domaine de la fabrication additive, c'est actuellement hors de portée pour de nombreux laboratoires de prototypage en raison des coûts initiaux et d'entretien élevés.

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

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

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

Par-dessus cela, les machines 5 axes peuvent devenir assez chères. C'est inhérent à leur conception — chaque fois qu'un axe est ajouté à une fraiseuse, plus d'espace de travail est sacrifié — par conséquent, même les machines 5 axes avec de petites enveloppes de travail peuvent être assez grandes. La situation n'est pas idéale quand une grande pièce de conception générative doit être fraisée — ce n'est pas une exagération de dire que la machine nécessaire peut coûter plus de 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 conçue générativement.

Bien que l'argent suffisant puisse résoudre ces problèmes, la plupart des laboratoires de prototypage préféreraient faire des pièces avec les outils qu'ils ont, et la plupart ont des fraiseuses 3 axes, pas 5. Heureusement, l'équipe d'Autodesk, fabricants de Fusion 360, était attentive à ce dilemme.

Avec des contraintes de fabrication, les utilisateurs peuvent définir exactement comment ils produiront leur produit final — que ce soit par impression 3D, ou la méthode exacte d'usinage CNC qu'ils ont sous la main (fraisage 2,5, 3, 4 ou 5 axes). En introduisant ces données dès le départ, les algorithmes du programme peuvent créer des formes qui fonctionnent parfaitement avec leur configuration machine. Avec l'ajout de cette capacité, 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 de consommateurs, car : « La capacité des outils d'IA et de conception générative à stimuler l'innovation et l'efficacité verra leur adoption catapultée à travers les industries. Ils deviendront les nouveaux collaborateurs dans le processus de conception, améliorant les rôles du concepteur et de l'ingénieur et créant des produits comme nous n'en avons jamais vus auparavant. »