Une introduction à l’optimisation topologique
L’optimisation de la topologie est un processus permettant d’optimiser une pièce en réduisant la densité de matériaux nécessaire. C’est un type de forme de conception générative qui utilise les mathématiques pour améliorer la géométrie d’une pièce afin de déterminer où un objet a besoin de matériau et où le matériau n’a aucune utilité pour l’efficacité et les performances du produit ultérieur et est simplement là pour des raisons esthétiques. Le but de TO est de créer une pièce avec les meilleures performances possibles en réduisant le plus de matière possible.
L’optimisation topologique est souvent liée à la fabrication additive, car l’impression 3D peut facilement produire les pièces parfaitement optimisées. L’impression 3D ou Fabrication Additive est une technique de fabrication de plus en plus utilisée de nos jours, que ce soit pour des prototypes ou des produits finis. Cela donne au concepteur la liberté de créer la pièce sous forme de fichier 3D puis de l’envoyer en impression 3D. L’imprimante 3D crée ensuite l’objet couche par couche à créer. Il existe différents types d’imprimantes et de matériaux qui peuvent être utilisés pour la conception de vos produits. Si la pièce souhaitée doit être en plastique, la technique de frittage laser sélectif peut être utilisée. Si elle doit être en métal, il peut s’agir de DMLS ou de Binder Jetting.
Il est possible d’avoir recours à l’optimisation topologique avec les techniques de fabrication traditionnelles, mais cela s’avère très vite limité. En utilisant la fabrication additive permet d’exploiter tous les bénéfices de cette technique d’optimisation.
L’optimisation topologique est de plus en plus utilisée car de nombreuses industries souhaitent optimiser leurs pièces, en utilisant moins matériaux, sans compromettre la solidité des pièces. Pour ne citer que quelques domaines comme l’aérospatiale, la biochimie, le génie civil, le médical ou l’automobile, tous utilisent l’OT. L’aérospatiale, par exemple, bénéficie de pièces performantes et moins lourdes, car un avion composé de pièces plus légères consomme moins de carburant et les coûts de production des composants sont moindres.
Comment fonctionne l’optimisation topologique ?
Même s’il existe différentes méthodes d’optimisation, la plus courante est une technique basée sur les éléments finis. L’optimisation réelle d’une pièce se situe généralement dans la dernière partie du processus de conception.
Tout d’abord, le concepteur doit définir l’espace maximum occupé par l’objet. Ceci est également appelé « espace de conception ». Ensuite, l’utilisateur définira les forces externes dans lesquelles l’objet doit être testé. C’est la partie difficile de l’optimisation, car il est essentiel de savoir précisément quelles forces externes impactent la pièce. Il ne suffit pas non plus de savoir quelles forces. L’important est de savoir quelle est la taille des forces et comment les définir. Si les paramètres sont ajoutés, l’algorithme trouve, dans la simulation suivante, les aspects qui peuvent être supprimés et résistent toujours aux contraintes externes.
Le logiciel propose ensuite diverses idées de conception en réduisant le matériau utilisé tandis que la conception peut résister aux forces extérieures. Chaque fois qu’une partie du matériau est retirée, l’algorithme vérifie si l’objet fonctionnerait toujours sous la contrainte définie. Une fois que le concepteur est satisfait du résultat de la simulation, l’objet est alors il est courant que l’objet soit vérifié pour l’imprimabilité. Parfois, l’utilisateur personnalisera également à nouveau le design pour que l’objet soit plus esthétique que le résultat de la simulation.
Optimisation topologique vs design génératif
L’optimisation de la topologie est souvent décrite comme une forme de design génératif. Mais quelle est la différence entre ces deux méthodes ? La design génératif permet de créer plusieurs designs possibles, ce s’avère utile lorsque le concepteur ne sait pas quel type de forme ou de conception est nécessaire. L’optimisation topologique ne se concentre que sur un seul design et sur toutes les possibilités d’optimisation. Ces deux techniques peuvent être complémentaires. Par exemple, lorsqu’une forme est choisie dans le processus de design génératif, l’optimisation topologique peut ensuite permettre d’améliorer la forme.
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