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Optimisation topologique : Boostez les performances de vos pièces

Introduction

L’objectif de chaque équipe de développement de produits et de chaque concepteur est de créer le parfait produit, qui fonctionne bien, résout un problème pour le client et, idéalement, sans trop faire de dépense. L’impression 3D est déjà considérée comme un processus de fabrication qui peut réaliser ces choses. Cette technique de fabrication offre une liberté de conception et de nouvelles possibilités en matière de développement ou d’optimisation de produits. Même si les concepteurs sont les meilleurs dans leur domaine et connaissent les tenants et aboutissants des logiciels de CAO, il existe certaines possibilités d’optimisation que l’œil humain peut ignorer. C’est à ce moment-là que l’optimisation topologique entre en jeu. Mais qu’est-ce que le processus d’optimisation topologique ? Quels sont les avantages et comment réellement en tirer profit ?

Qu'est-ce que l'optimisation topologique ?

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.

Quels sont les avantages de l'optimisation topologique ?

  • Réduction du processus de conception

L’optimisation topologique permet de créer un modèle 3D plus rapidement, ce qui signifie que le processus général de mise sur le marché raccourcit. L’algorithme fonctionne plus rapidement et moins d’itérations sont nécessaires pour parvenir au résultat final désiré

  • Moins de matière pour des pièces plus légères

Un autre aspect positif est qu’une pièce optimisée nécessite moins de matière en production. L’impression 3D permet de réduire la quantité de matériau gaspillé, car seul le matériau requis est utilisé pour la fabrication. Avec les modèles optimisés, encore moins de matériel est nécessaire. Cela permet de réduire les coûts et d’alléger la pièce, ce qui est d’une grande valeur dans des domaines les plus exigeants tels que l’aérospatiale. 

  • Réduction des coûts

En raison du temps réduit pour introduire le produit sur le marché, moins d’argent est dépensé dans le processus de développement. Un autre aspect réside dans la production, puisque moins de matière est utilisée pour fabriquer la pièce. Cela peut également avoir un impact sur les coûts à long terme. 

  • Des pièces plus performantes

En supprimant la densité de matériaux inutiles, l’OT aide également les concepteurs à créer un produit généralement plus performant, car le produit le plus léger n’a souvent pas besoin d’autant d’énergie que des produits comparables qui n’ont pas eu recours à l’OT.

Quels logiciels utiliser ?

  • Autodesk Fusion 360

L’un des logiciels les plus populaires dotés d’un module d’optimisation topologique est Fusion 360 d’Autodesk. Fusion 360 est un logiciel en cloud qui peut vous aider dans la fabrication et la conception de produits. Il existe de nombreuses options différentes que Fusion 360 offre à son utilisateur, y compris la simulation, comme l’optimisation de la topologie. Autodesk propose un essai gratuit de 30 jours pour Fusion 360. Après le mois gratuit, le logiciel coûte 495 $.

  • Altair Inspire 

Altair propose un logiciel entièrement axé sur la simulation et l’optimisation topologique : Altair Inspire. Cette solution logicielle aide les concepteurs et les utilisateurs à créer facilement et rapidement un design innovant et original qui, grâce à l’OT, est parfaitement optimisé. Altair Inspire fonctionne avec différents outils de CAO. Une période d’essai gratuite de 15 jours est disponible.

  • Ansys Discovery 

La société Ansys Discovery propose un logiciel de simulation 3D appelé Ansys Discovery. Il permet au concepteur de trouver plus tôt des réponses à des questions de conception difficiles. En résolvant ces questions de front dans le processus de conception, Discovery peut contribuer à augmenter la productivité. TO est l’une des simulations incluses dans le logiciel. Si vous êtes intéressé, Ansys Discovery propose un essai de 30 jours pour tester le logiciel.

  • Solidworks de Dassault Systèmes

Solidworks est un logiciel de CAO de la société Dassault Systèmes. Le logiciel de CAO propose une option d’optimisation. Avant l’achat du logiciel, Solidworks permet de tester le produit !

  • ntopology

L’entreprise ntopologie propose également un logiciel qui intègre un outil de simulation d’optimisation topologique. Le logiciel ntopologie permet de travailler avec une technologie OT de pointe et de créer des produits avec moins de matière sans perte de performances. Si vous souhaitez mieux connaître le logiciel, vous pouvez demander une démo de ntopologie.

Commencez votre procédé d'optimisation grâce à Sculpteo Studio !

C’est maintenant à votre tour d’optimiser vos pièces. Comme mentionné ci-dessus, l’OT devient de plus en plus accessible. Cependant, pour utiliser les avantages de cette technique complexe, il est nécessaire d’avoir une connaissance large et approfondie dans le domaine de l’impression 3D et du design pour la fabrication additive. Si vous commencez tout juste à inclure l’impression 3D dans votre production ou si vous souhaitez commencer à travailler avec l’optimisation topologique, notre équipe expérimentée de Sculpteo Studio est là pour vous aider. Sculpteo Studio se compose de designers industriels et d’ingénieurs expérimentés qui vous assistent non seulement pour les problèmes ou les questions d’OT, mais aussi pour tous les problèmes liés à l’impression 3D. Ils peuvent vous aider à identifier les opportunités d’impression 3D et vous accompagner dans leur mise en œuvre. Peu importe les questions, nous vous encourageons à contacter notre équipe Sculpteo Studio.


Une fois vos pièces parfaitement optimisées, vous aurez la possibilité de charger votre fichier 3D sur le site d’impression 3D en ligne de Sculpteo pour l’imprimer.

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