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May 18, 2023

Conception générative : nTopology ouvre la voie dans le monde de l'impression 3D

17 mai 2023 par Abdul Montaqim Laisser un commentaire L'un des plus impressionnants

17 mai 2023 par Abdul Montaqim Laisser un commentaire

L'une des caractéristiques les plus impressionnantes de l'application de conception nTopology est qu'elle nécessite beaucoup moins de puissance de calcul. Selon les calculs de l'entreprise – et de ses partenaires –, la taille des fichiers peut être 99 % inférieure à celle des logiciels de conception 3D traditionnels.

Les logiciels de conception 3D traditionnels et établis de longue date ont tendance à être très gourmands en mémoire et peuvent sérieusement stresser les processeurs. nTop, d'autre part, peut fournir les mêmes fonctionnalités si elles sont utilisées sur un ordinateur portable que les applications de conception 3D traditionnelles si elles étaient exécutées sur un superordinateur - car nTop a été spécifiquement conçu pour les exigences d'impression et de conception 3D d'aujourd'hui.

La façon dont nTop fait cela est difficile à expliquer pour un journaliste non technique, mais essentiellement, le logiciel nTop supprime des choses telles que l'extrusion, qui est un concept fondamental et une exigence dans les applications de conception 3D traditionnelles.

L'extrusion peut être effectuée en cliquant et en faisant glisser une face ou une arête d'un dessin. Ainsi, par exemple, disons que si vous dessinez un carré sur l'écran dans une application de conception traditionnelle, vous pouvez cliquer et faire glisser le visage et il deviendra un cube.

Cela semble simple, mais disons que si l'objet que vous concevez intègre plusieurs formes et visages, vous pourriez vous retrouver avec une longue liste de pièces et des dizaines d'extrusions, qui nécessitent toutes de l'espace mémoire et de la puissance de traitement.

L'approche de nTop est complètement différente et a été conçue dès le départ pour répondre aux besoins de l'industrie de la conception et de l'impression 3D, en particulier en ce qui concerne l'élément de conception générative, qui constitue une grande partie du logiciel.

Et bien que nTop dispose de toutes les fonctionnalités nécessaires pour permettre des projets de conception complets de bout en bout, il s'intègre également à toutes les principales applications logicielles de conception CAO traditionnelles et établies de longue date.

C'est l'étendue de nos connaissances techniques, donc afin de donner aux lecteurs une compréhension plus approfondie, nous avons pensé interviewer quelqu'un de nTop, et publier un extrait ici.

Bien qu'il ait depuis quitté nTop, Duann Scott était vice-président de nTopology au moment de cet entretien, et explique en détail le logiciel et donne un aperçu du secteur de la conception et de l'impression 3D dans son ensemble, ainsi que des industries connexes. .

RoboticsAndAutomationNews.com : Parlez-nous un peu de nTopology lui-même pour l'entreprise.

Duann Scott de nTop : nTopology est un logiciel d'ingénierie de conception. La société a été fondée à New York en 2015, je pense. Nous avons une approche différente de la fabrication de la géométrie. Ce n'est pas de la CAO traditionnelle, c'est un processus différent dans lequel vous utilisez un outil de conception informatique.

Nous aidons les ingénieurs et les concepteurs à résoudre des problèmes que la CAO traditionnelle ne peut pas résoudre en raison de problèmes de géométrie dans la CAO existante. Nous pouvons faire des choses très très complexes très facilement et nous pouvons automatiser les processus. Ainsi, souvent, les gens ne conçoivent pas une seule pièce, mais ils conçoivent un processus, et le résultat est des pièces à la fin.

RoboticsAndAutomationNews.com : Quel est votre aperçu des changements qui se produisent dans le secteur manufacturier suite à l'émergence de l'impression 3D ?

nHaut : La fabrication additive a commencé comme du prototypage rapide. Au départ, il ne s'agissait que de pièces en plastique pour fabriquer des prototypes afin de voir à quoi les choses ressemblent, s'adaptent et fonctionnent. Ensuite, l'industrie est passée à des choses comme les gabarits et les montages. Maintenant, à mesure que ces processus ont évolué, les gens conçoivent des pièces d'utilisation finale.

Et, en particulier dans l'impression 3D métal, la palette de matériaux s'est ouverte massivement au cours des cinq à dix dernières années. Nous en sommes maintenant au point où vous pouvez fabriquer des superalliages et du cuivre, de l'acier inoxydable, du titane et d'autres matériaux de très grande valeur.

Une partie de la raison de ces progrès est que l'impression 3D a été stimulée par les industries aérospatiale et médicale. Ainsi, les machines ont évolué à un point où vous pouvez créer des composants très complexes, des conceptions très complexes avec des détails très fins et des caractéristiques fines.

Cependant, le logiciel que les gens utilisaient pour le concevoir était conçu pour la fabrication soustractive traditionnelle, pour l'outillage, le moulage, l'emboutissage, et le logiciel ne pouvait pas créer la complexité que les machines pouvaient produire.

C'est ainsi que nTopology est vraiment né. Il s'agissait de libérer ce potentiel des processus de fabrication en utilisant une autre manière d'aborder la géométrie. Il est vraiment essentiel de reconcevoir ces processus car le coût des machines et des matériaux est encore assez élevé. donc pour vraiment obtenir la valeur, vous devez concevoir pour le processus.

En effet, si vous prenez une conception d'usinage existante et que vous la mettez dans une imprimante 3D, cela ne sera pas rentable. Mais si vous prenez cette conception et l'optimisez pour de multiples exigences - qu'il s'agisse du processus de fabrication, du processus thermique, de la légèreté, d'autres fonctions autour de l'acoustique - vous pouvez le faire simultanément, puis également consolider plusieurs pièces en un seul composant et vraiment valeur d'entraînement de l'imprimante 3 0.

Voilà où nous en sommes maintenant. Les gens comprennent que ce processus de conception multidisciplinaire est essentiel pour extraire la valeur de l'impression 3D.

RoboticsAndAutomationNews.com : En d'autres termes, les imprimantes 3D sont si avancées qu'une nouvelle application logicielle de conception et une nouvelle approche étaient nécessaires. Je comprends. Donnez-nous donc un exemple de la façon dont des pièces traditionnellement simples peuvent être conçues avec plus de complexité. Une partie d'un bras de robot, par exemple - comme celui illustré sur le site nTop.

nHaut: Nous en avons vu construits comme cette pièce de bras de robot, mais ils sont principalement en R&D ou pour des robots sur mesure.

Donc, ce qui se passe ici dans cette conception, c'est que la structure filaire de ce composant est le corps d'origine conçu en CAO à partir de l'assemblage pour le robot - la conception traditionnelle d'un tel composant, en gros.

Nous avons pris ce composant et nous avons appliqué la simulation - les contraintes et les contraintes sur le composant. Et là où se trouve la contrainte, nous exécutons une simulation sur cela, et ce qu'elle montre vraiment, c'est le chemin de charge de la contrainte.

La simulation montre le robot déplaçant et soulevant des objets et s'orientant, et nous pouvons voir la contrainte lorsqu'il se déplace à travers le composant. Cela nous aide à découvrir les endroits où nous n'avons pas besoin d'avoir la messe. Si on n'en a pas besoin, on enlève la masse, on se retrouve donc avec une pièce plus légère.

Nous pouvons ensuite faire un processus secondaire et nous pouvons ensuite exécuter à nouveau la simulation, et nous pouvons ensuite décortiquer les pièces pour les rendre creuses, donc encore une fois nous réduisons plus de masse de la pièce, et réduisons également le temps de fabrication.

Nous exécutons à nouveau une simulation et là où nous trouvons une contrainte, nous modifions l'épaisseur de cette coque, de sorte que la pièce est plus épaisse là où elle doit être et plus fine là où elle ne le fait pas.

Cela commence donc à imiter le processus naturel de génération d'un os dans le corps humain. Ainsi, un os humain se modifie continuellement en fonction des contraintes qui lui sont imposées.

Ensuite, nous pouvons entrer et faire un remplissage en treillis pour le rendre plus manufacturable en ce sens que vous n'auriez pas besoin de structures de support à l'intérieur.

C'est donc en quelque sorte l'approche que nous adoptons. C'est vraiment de l'optimisation topologique. Lorsque vous pensez à la conception générative, vous générez plusieurs sorties et les comparez les unes aux autres.

Nous exécuterions donc un script comme vous pourriez l'exécuter pendant la nuit, puis le matin, lorsque vous reviendrez au travail, vous pourriez avoir un millier de variantes de cette conception. Vous pouvez les comparer les uns aux autres en fonction de leur masse, de leurs performances ou de tout autre critère que vous pourriez avoir.

C'est en quelque sorte l'approche.

Nous l'avons fait pour de vrai au laboratoire national d'Oak Ridge, où ils ont conçu des bras de robot. C'était en fait un robot entièrement articulé qui avait tout le câblage et tous les autres composants construits à l'intérieur de la pièce également, de sorte que vous n'auriez aucun câble ou câblage exposé - tout était vraiment autonome,

Je pense que le robot était destiné à une application sous-marine.

Vous pouvez donc faire des choses très complexes avec ce procédé et avec des matériaux de haute qualité.

L'autre chose que nous faisons également maintenant avec des partenaires n'est pas nécessairement l'impression de la pièce finale, mais l'impression d'un moule en sable pour couler la pièce ou l'impression de composants sacrificiels pour le moulage à la cire perdue.

Ainsi, vous pouvez l'imprimer dans un polymère à moindre coût, puis l'enduire d'une céramique, puis y verser du métal afin d'avoir le même processus connu qui existe depuis des milliers d'années à la fin, mais juste nous envoyons le design d'une manière différente là-bas.

RoboticsAndAutomationNews.com : J'imagine que la production de pièces métalliques est difficile ou prend du temps pour les imprimantes 3D. Existe-t-il des matériaux alternatifs qui sont tout aussi solides – de nouveaux alliages et peut-être des plastiques différents et des choses comme ça qui peuvent faire le même travail que les métaux ?

nHaut : Le coût dans l'impression métal est dans l'amortissement du coût de la machine, qui peut être onéreux. Mais la qualité réelle des matériaux est très bonne.

Comme je l'ai déjà dit, ce que nous voyons les gens commencer à faire, c'est imprimer des pièces en polymère et les couler, ou imprimer des moules en sable. C'est une façon bon marché de le faire et il y a aussi des processus où il y a des polymères de haute qualité et aussi des dispositions en fibre de carbone sur les pièces pour les rendre rigides et solides.

RoboticsAndAutomationNews.com : Quel pourcentage du marché potentiel l'impression 3D a-t-elle capturé ? Je veux dire à quel point l'impression 3D est-elle largement utilisée aujourd'hui par rapport à quelle étendue pourrait-elle être utilisée à l'avenir ?

nHaut : Je dirais que c'est un tout petit pourcentage pour le moment. Comme je l'ai déjà mentionné, ce qui domine l'industrie, c'est l'aérospatiale et le médical. Donc, dans le domaine médical et dentaire, c'est à peu près comme si vous n'adoptiez pas la fabrication additive, vous perdiez du terrain.

Les implants rachidiens, les reconstructions du genou, les plaques osseuses et d'autres aspects ouvrent tous la voie car ils sont petits, chers et personnalisés pour chaque client. La personnalisation est essentielle pour s'assurer que vous ne posez pas le même implant sur un enfant de huit ans que sur un homme de quarante ans pesant 240 livres.

Donc, vous modifiez toujours la conception pour cette personne en particulier, et dans le domaine dentaire, les dents de chacun sont différentes, donc beaucoup de numérisations pour la fabrication sont en cours, et cela se passe à la fois dans le métal et le polymère.

Donc, le médical et le dentaire sont vraiment en tête. L'adoption est vraiment forte, et nous commençons à la voir se développer à mesure que les gens en apprennent davantage sur le processus. Et le coût de la machine et des matériaux a baissé au fil des ans.

RoboticsAndAutomationNews.com : Vous avez également mentionné l'aérospatiale auparavant. Et l'automobile ?

nHaut : Absolument, ouais, nous avons des clients qui font des véhicules électriques. Pour l'espace et le vol, je ne pense pas pouvoir mentionner leurs noms mais, oui, chaque once de poids que vous économisez réduit le poids de la structure nécessaire pour transporter des charges et aussi la puissance de la batterie pour la faire fonctionner. Donc, tout ce que vous faites pour réduire le poids augmente la portée et donc l'allègement est vraiment essentiel.

L'un de nos clients - Cobra Aero - a commencé par concevoir la culasse du moteur monocylindre qu'il utilise pour les UAV (véhicules aériens sans pilote) qu'il fabrique.

Cobra a commencé avec nous en essayant simplement de consolider les parties : donc, en prenant trois parties et en les combinant en une seule. À partir de là, nous avons également travaillé avec eux pour alléger la tête du moteur à l'aide de structures en treillis. Et également refroidir le composant à l'aide de structures en treillis.

Nous avons fait tout cela en nous basant sur la simulation. Nous pouvons donc prendre la carte de pression du moteur, la chaleur du moteur, et nous l'utiliserons pour modifier les structures en treillis afin de l'optimiser et de le rendre beaucoup plus efficace, beaucoup plus léger et d'utiliser moins de composants.

Comme combiner trois composants en un seul pour qu'il n'y ait pas d'assemblage, il n'y a pas de fixations, il n'y a pas de joints - c'est aussi moins d'entretien, et nous pouvons aussi faire des choses comme atténuer l'acoustique pour réduire le son, ce qui est essentiel pour un drone qui essaie de ne pas être vu.

Les structures en treillis vous permettent de modifier le comportement d'un matériau sans changer de matériau. Il est beaucoup utilisé dans la fabrication additive. Concevoir à l'aide de structures en treillis signifie que vous pouvez faire en sorte qu'un composant se froisse d'une certaine manière, ou absorbe de l'énergie, ou réduise sa masse, ou change sa façon de fléchir.

Nous l'utilisons dans les polymères. Vous le voyez dans les rembourrages et les sièges pour voitures, ainsi que dans un casque de football américain que nous avons conçu.

Le casque a été conçu pour les joueurs de la NFL. Il y a un certain nombre d'entreprises de casques qui utilisent cette conception maintenant. Mais nous avons obtenu une subvention de la NFL pour développer des casques pour arrêter les commotions cérébrales en utilisant des structures en treillis pour aider à absorber l'énergie et arrêter la torsion de la tête lors de l'impact.

Vous pouvez donc vraiment changer la façon dont votre matériau se comporte en utilisant une structure en treillis et c'est ce que nous appelons les méta-matériaux ou les matériaux architecturés.

RoboticsAndAutomationNews.com : Vous fournissez donc des logiciels et des conseils connexes. Votre logiciel est-il disponible via le cloud ?

nHaut : Nous sommes purement une société de logiciels. Nous avons développé le logiciel à partir de zéro. Les systèmes de CAO existants sont basés sur la prise de dessin ou de dessin et son intégration dans un ordinateur, et ont été principalement développés dans les années 1980.

Le noyau sous-jacent à tout cela, la façon dont la géométrie est créée, est un b-rep (représentation des limites), et parce qu'il est développé il y a si longtemps, il a été développé pour les ordinateurs à thread unique, et il y a des problèmes inhérents à la complexité, qui n'a jamais été jamais imaginé lors de la réalisation de géométries aussi complexes avec un système de CAO.

Ce que nous faisons est différent. Nous avons une manière différente de créer la géométrie. C'est fondamentalement une équation mathématique et tout ce que nous faisons vraiment est d'utiliser une formule pour définir un produit, nous pouvons donc faire quelque chose de très complexe, et la taille du fichier pour cela dans nTop serait probablement de 160 kilo-octets, alors que si vous essayez de le faire dans une CAO traditionnelle, ce serait plusieurs gigaoctets.

Vous ne pouvez rien faire de tel en temps réel dans un système de CAO traditionnel.

La nôtre est une équation purement mathématique qui décrit la géométrie. Nous avons également ce que nous appelons la conception pilotée par le terrain, où nous pouvons utiliser n'importe quelle donnée pour déterminer le comportement d'une géométrie, qu'il s'agisse de données de simulation ou de données de test empiriques ou simplement d'une autre géométrie pour aider à définir le comportement de la géométrie.

Ainsi, par exemple, nous avons conçu une prothèse où nous ajoutons une structure de surface pour la rendre plus solide. Vous pouvez le voir sur notre site Web.

En outre, vous pouvez voir sur notre site Web, vous voyez un design d'entraîneur. Vous verrez une carte de pression de quelqu'un qui met du poids sur son pied . Nous modifions la densité du treillis en fonction de la force pénétrant dans la semelle de la chaussure, afin de la rendre plus dense pour absorber plus d'énergie là où il y a plus de pression, et la rendre plus clairsemée là où il n'y a pas de pression.

Nous pouvons donc le rendre plus léger. Nous voyons des gens faire cela pour optimiser une chaussure pour une personne atteinte de diabète. S'ils ont des problèmes avec leurs pieds, nous pouvons les aider à soulager la douleur et leur proposer une chaussure personnalisée.

Tout cela est possible car la complexité de la géométrie sous-jacente n'est pas un problème pour nTop.

Souvent, les pièces sont si complexes que, si vous utilisez la CAO traditionnelle, vous devrez peut-être utiliser d'autres logiciels pour les processus en aval, qu'il s'agisse de simulation ou de fabrication. L'application CAO ne peut pas le gérer seule.

Nous avons notre propre fonctionnalité interne pour la simulation et pour la fabrication. Nous envoyons souvent les données de fabrication directement aux machines d'impression 3D, car tout logiciel qui se situe en quelque sorte entre nous et la machine peut ralentir les choses.

Notre logiciel est entièrement local. Nous ne fonctionnons pas encore sur le cloud. C'est parce que la plupart de nos clients sont dans l'aérospatiale, la défense et le médical – et ils ne sont pas vraiment, dans la plupart des cas, prêts à avoir leurs conceptions sur le cloud. Il y a trop de problèmes de sécurité.

Nous pouvons éventuellement rendre nTop disponible en tant qu'application cloud, et nous avons des personnes qui l'exécutent sur des serveurs. Mais, dans l'état actuel des choses, le logiciel est local, et parce que nous avons optimisé pour les processeurs et les GPU multicœurs, les ingénieurs exécutent simplement notre application sur un ordinateur portable.

Ils n'utilisent pas un superordinateur pour créer et simuler ces conceptions vraiment complexes, car nTop est si efficace dans la manière dont il décrit cette géométrie modifiée.

Regardez l'interview complète sur YouTube ou ci-dessous.

Catégorie(s) : Conception, Fonctionnalités Étiqueté : cao, complexe, composant, conception, géométrie, treillis, fabrication, matériaux, ntop, pièces, personnes, impression, processus, simulation, logiciel, il y a, choses, traditionnel