Maximiser l'efficacité CAO dans la fabrication additive

Les phases principales de la fabrication additive sont la conception et le processus de fabrication. Concrètement, le travail de conception est réalisé sur une suite de conception assistée par ordinateur (CAO) comme SolidWorks (entre autres), tandis que la phase de production physique — l'impression 3D — est facilitée par l'exportation du fichier CAO (par exemple SLDPRT) vers STL, un format lisible par les imprimantes 3D avec un visualiseur 3D XML.

Cependant, il existe plusieurs étapes majeures dans les deux phases du processus de fabrication additive.

Pour les équipes d'ingénierie et les fabricants, la productivité dépendra de l'efficacité de leurs outils de conception, qu'il s'agisse de la qualité de leurs suites CAO ou de leur capacité à interopérer avec des parties utilisant différentes suites CAO. Par exemple, le temps passé sur la réparation de fichiers et le contournement des problèmes techniques de certains formats de fichiers (comme STL) s'ajoute au délai de mise sur le marché.

Dans cet article, nous examinons ces facteurs dans le cycle de vie de la fabrication additive et soulignons comment les développeurs d'applications et les fabricants d'imprimantes 3D peuvent positionner leurs produits comme des solutions.

Qu'est-ce que la CAO ?

Qu'il s'agisse de fabrication additive ou même soustractive, le processus de conception de presque tous les produits commence en CAO. SolidWorks fait partie des suites CAO populaires sur le marché ; elle est utilisée pour concevoir un produit — qu'il s'agisse d'une collection de pièces individuelles ou d'un système complet — ainsi que pour tester et qualifier ses attributs de conception avant la fabrication.

Qu'est-ce que le STL ?

STL (abréviation de STereoLithography ou Standard Tessellation Language) a été lancé en 1987 pour permettre aux imprimantes 3D stéréolithographiques de lire les fichiers CAO. Comme IGES, le STL est désormais largement utilisé dans l'industrie de l'impression 3D, notamment comme moyen de permettre aux équipes utilisant différentes suites CAO d'interopérer facilement entre elles dans le cadre d'un projet de développement de produit plus large.

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Comprendre le flux de travail d'ingénierie

Conception

Le flux de travail d'ingénierie et de développement produit commence dans une suite CAO. Aujourd'hui, les utilisateurs CAO peuvent tirer parti d'une gamme d'outils pour concevoir des objets non seulement en 3D, mais avec la capacité d'incorporer un grand nombre de détails tels que la couleur, la texture et d'autres éléments de conception.

En fait, SolidWorks propose également des outils spécialisés pour intégrer la tôle, les moules, les assemblages soudés et le surfacage dans leur travail de conception principal. En d'autres termes, le fichier de conception CAO pourrait refléter efficacement le produit réel prévu avec une fidélité complète.

SolidWorks permet également aux ingénieurs d'aborder leur travail de conception de différentes manières. Par exemple, un ingénieur qui conçoit en pensant à la fabricabilité peut concevoir, stocker et récupérer des pièces individuelles sous forme de fichiers SLDPRT et combiner ces fichiers SLDPRT en un seul fichier SLDASM (voir cet article pour comprendre les différences entre les fichiers SLDPRT et SLDASM).

Analyse

La capacité de concevoir des fichiers CAO avec la conception réelle prévue — comme l'esthétique, les géométries de surface, la mécanique, les couleurs et les matériaux — ouvre également la porte aux équipes de conception pour tester et vérifier virtuellement la viabilité de la conception (c'est-à-dire avant le prototypage physique).

Il est entendu que la qualité de l'analyse — qui inclut la simulation et la visualisation — dépend des capacités offertes par la suite CAO (SolidWorks inclut ces fonctionnalités). Cependant, la simulation permet aux concepteurs de réduire leurs besoins en prototypage et leurs coûts de tests physiques en identifiant et corrigeant les problèmes de conception pendant la phase de conception principale.

Par exemple, les outils d'analyse de SolidWorks, qui utilisent la méthode des éléments finis (MEF), incluent la simulation statique linéaire, le mouvement basé sur le temps et la fatigue à haut cycle dans le niveau standard. Dans les niveaux supérieurs, les ingénieurs peuvent déterminer la durabilité de leurs conceptions, la topologie, les fréquences naturelles et effectuer une gamme de tests statiques non linéaires et dynamiques non linéaires.

Préparation

Avec les suites CAO actuelles, l'étape de prototypage et de test physique devrait être plus courte en termes de consommation de temps et de ressources financières. Cependant, les concepteurs doivent généralement exporter le fichier CAO original en STL pour que les imprimantes 3D puissent interpréter correctement le fichier de conception original.

La conversion en STL a ses avantages et ses contraintes. D'un côté, elle permet certainement à un fichier de conception original créé en CAO d'être fabriqué par impression 3D. Cependant, le STL ne lira pas les couleurs, textures et autres éléments de conception (y compris les métadonnées) de votre conception originale.

De plus, les modifications apportées au fichier STL ne seront pas automatiquement répercutées dans le fichier de conception original en CAO ; le processus est unidirectionnel : les modifications doivent être apportées à la CAO pour qu'elles se reflètent dans le fichier STL. Cela ajoute une couche d'inefficacité au processus de prototypage (ce qui rend le travail de simulation et de visualisation effectué en CAO d'autant plus important).

Enfin, l'affinage effectué avec les fichiers STL doit être fait avec précaution. Bien que vous puissiez encoder le fichier STL en ASCII et travailler sur l'augmentation du nombre de triangles pour réduire la grossièreté, vous risquez de faire gonfler considérablement la taille de votre fichier STL au point qu'il devienne trop volumineux pour être lu par les imprimantes 3D.

Impression

Aujourd'hui, l'adoption généralisée du STL et sa maturité technique en font une nécessité pour l'impression 3D.

Pour supplanter le STL, le Consortium 3MF (dont la société mère de Spatial, Dassault Systèmes, est membre fondateur) œuvre pour que l'industrie de la fabrication additive adopte le 3MF.

Le nouveau format utilise l'ASCII en XML pour permettre aux imprimantes 3D de lire les fichiers de conception CAO avec une fidélité totale — c'est-à-dire avec les couleurs, textures et autres éléments de conception prévus par le concepteur original. Il est également conçu pour être extensible et adaptable aux technologies d'impression 3D émergentes.

Cependant, le 3MF est un facteur à long terme. À ce jour, le STL reste le format de fichier dominant utilisé par l'industrie de la fabrication additive. Ceux qui développent des applications et du matériel pour ceux dans l'espace de l'impression 3D doivent prendre en charge la gestion du STL.

Pourquoi tirer parti de 3D InterOp

Le STL étant un élément essentiel pour relier les phases de conception et de production dans l'impression 3D, il est crucial que les utilisateurs finaux soient capables de minimiser le temps passé sur la réparation de fichiers (c'est-à-dire de la CAO au STL), qu'il s'agisse de SolidWorks ou d'autres suites CAO. En fait, l'interopérabilité est essentielle car tous les flux de travail d'ingénierie n'utilisent pas SolidWorks.

Le kit de développement logiciel (SDK) 3D InterOp de Spatial équipe les développeurs d'applications pour intégrer l'interopérabilité dans leurs offres pour les entreprises de fabrication additive. Qu'il s'agisse d'imprimantes 3D ou d'applications destinées à visualiser différents formats de fichiers CAO, 3D InterOp vous permet d'équiper rapidement vos offres avec les exigences de base de l'industrie de la fabrication additive.

Vous avez besoin de ces capacités, et bien qu'il soit possible de les ajouter, cela ne ferait qu'ajouter à votre temps de mise sur le marché et à vos coûts. Contactez Spatial aujourd'hui pour intégrer rapidement ces fonctionnalités de base et concentrer vos ressources limitées sur la différenciation et l'accélération de la mise sur le marché.