Comment la conception générative soutient la durabilité

Il y a environ sept ans, l'impression 3D était très en vogue. Pendant quelques mois, voire des années, c'était l'une des technologies les plus discutées sur le marché, avec le potentiel de révolutionner véritablement notre façon de fabriquer. Bien que l'impression 3D ait disparu des feux de la rampe, elle a discrètement fait des progrès majeurs dans la durabilité, la santé et l'architecture. En fait, au fil des ans, l'impression 3D a été utilisée pour imprimer des organes, des maisons et même des récifs coralliens entiers. Alors que la compréhension de la technologie par les utilisateurs évoluait, un nouveau cas d'utilisation — le design génératif — a émergé. C'est peut-être l'élément le plus transformateur de la technologie de conception depuis l'introduction de l'impression 3D elle-même. Qu'est-ce que le design génératif ? Le design génératif est un outil qui produit d'innombrables variations de conception basées sur des paramètres de conception spécifiés. Les itérations de conception peuvent être basées sur la performance, les exigences spatiales, les matériaux, les méthodes de fabrication et les contraintes de coût. Les solutions de design génératif créent des conceptions qui seraient autrement impossibles à réaliser avec des méthodes de fabrication traditionnelles. Cette technologie utilise l'informatique en nuage et les méthodes de fabrication additive (impression 3D) pour passer en revue des milliers de conceptions. De plus, le design génératif intègre l'apprentissage automatique pour mieux comprendre la conception après chaque itération et déterminer ce qui fonctionne — et ce qui ne fonctionne pas. Ce processus aboutit à des conceptions incroyablement imaginatives, généralement hors du domaine de la créativité humaine. Sans oublier qu'il peut le faire à un rythme accéléré. Bien que le design génératif profite grandement aux ingénieurs qui souhaitent gagner du temps, il impacte également la durabilité dans la fabrication de diverses manières. Pour la troisième colonne de la série The G2 on Sustainable Design, je continuerai à me concentrer sur la durabilité et les logiciels en discutant des différentes manières dont le design génératif a impacté — et continuera d'impacter — l'avenir de la durabilité dans la fabrication et la conception. De la création de nouveaux systèmes d'ailes arrière pour les voitures à la création de cloisons entièrement inimaginables pour les avions, l'avenir du design génératif est passionnant et véritablement révolutionnaire. Design génératif et durabilité Le design génératif aide la durabilité de deux manières principales : - Le design génératif utilise moins de matières premières - Le design génératif utilise moins d'énergie avec la fabrication additive La technologie de design génératif permet aux utilisateurs d'entrer une variété de paramètres de conception, y compris la quantité de matières premières utilisées. Les ingénieurs pensaient auparavant qu'une conception nécessitait plus de matières premières, maintenant le design génératif peut réduire la quantité jusqu'à 40%. Claudius Peters, un fabricant centenaire de convoyeurs pneumatiques, de silos et de refroidisseurs de clinker, a récemment profité du design génératif pour réduire l'utilisation de matériaux de l'entreprise. Après avoir évalué diverses itérations de conception, l'entreprise a décidé d'optimiser un refroidisseur de clinker, une machine massive qui refroidit la roche en fusion de 1400°C à 100°C. L'équipe de Claudius Peters a entré des paramètres, et la technologie de design génératif a produit des itérations complètement uniques du refroidisseur de clinker. Le résultat ? Une nouvelle conception qui était 30 à 40% plus légère et utilisait 25% de matériaux en moins. Le design génératif a effectivement créé une transformation numérique pour une entreprise centenaire qui a compris l'importance d'adopter de nouvelles technologies. Comme dans toutes les industries, la dernière technologie et les logiciels leur ont permis de rester compétitifs en modifiant leur façon de concevoir. Depuis que le poids total et le matériau du refroidisseur de clinker ont été réduits, l'entreprise a pu changer l'endroit où elle fabriquait la pièce, impactant encore plus sa durabilité. En plus de la réduction des matières premières, le design génératif peut améliorer la durabilité grâce à la fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D. Bugatti Automobiles a récemment combiné l'impression 3D et le design génératif pour innover un système de contrôle d'aile pour la voiture de sport Chiron de 1 500 PS. En utilisant NX et Simcenter, deux solutions de conception de produits et de machines qui ont des capacités de design génératif, Bugatti a créé une nouvelle conception légère pour son système de contrôle d'aile. La nouvelle conception générée par le logiciel a remplacé les pièces métalliques d'origine par de la fibre de carbone. L'impression 3D a été utilisée pour imprimer le système d'aile arrière avec de la fibre de carbone pour les deux tubes de guidage et la tige de couplage arrière. Avec cet ajustement clé, la quantité de matières premières utilisées dans la production du système d'aile arrière sera beaucoup moins importante. En conséquence, le processus de fabrication utilisera moins de matières premières et sera plus durable. L'impression 3D est une méthode plus durable que la fabrication régulière puisqu'elle n'utilise que la quantité exacte de matériau nécessaire pour produire une pièce. L'avenir du design génératif Bien qu'il soit clair que le design génératif a déjà marqué la fabrication durable, il ne fait que commencer. De nombreuses entreprises dans l'industrie manufacturière explorent actuellement le design génératif comme un outil pour travailler vers des méthodes de fabrication plus abordables et durables. Une entreprise explorant les cas d'utilisation futurs du design génératif est la société aérospatiale européenne Airbus. Dans une étude de cas avec Autodesk, Airbus a utilisé le design génératif pour créer une nouvelle cloison qui sépare le compartiment passagers de la cuisine dans la cabine de l'Airbus A320. L'objectif était de rendre la nouvelle cloison plus légère, pas plus d'un pouce d'épaisseur, et suffisamment solide pour ancrer deux sièges de saut pour les agents de bord. Bien sûr, ce n'était pas une tâche facile. Airbus a utilisé des paramètres de conception littéralement et figurativement en dehors du moule normal. Le résultat était une conception hybride basée sur deux modèles de croissance trouvés dans la nature : le myxomycète et les os de mammifères. Pour fabriquer la cloison réelle, l'équipe a utilisé l'impression 3D pour produire 100 pièces séparées ; combinées ensemble, ces pièces ont créé une grande cloison. Ils l'ont surnommée "la cloison bionique". Une fois Airbus a terminé la cloison bionique, l'équipe a calculé la quantité de carburant économisée grâce à la nouvelle cloison. Pour chaque réduction de 1 kilogramme (2,2 livres) de poids, 106 kilogrammes (233,2 livres) de carburant d'avion sont économisés par an, réduisant l'empreinte carbone du transport aérien. Chaque cloison est environ 30 kilogrammes (66 livres) plus légère que la cloison standard. De plus, si la cloison bionique était installée dans toute la cabine, 1 100 livres de poids seraient retirées. La diminution du carburant réduirait les émissions de CO2 de 166 tonnes métriques par avion par an. Cela représente environ 366 000 livres en volume, soit environ 900 fois la taille d'une baignoire. Enfin, l'impression 3D de la cloison n'utilise que 5% des matières premières par rapport au processus traditionnel de fraisage des pièces à partir d'un bloc de métal. Cela réduit également les émissions et forge une méthode de fabrication plus durable. Bien qu'il semble que les outils utilisés pour fabriquer la cloison bionique soient assez avancés, de nombreux outils existent déjà sur G2 dans nos catégories de logiciels d'ingénierie assistée par ordinateur, d'impression 3D et de conception de produits et de machines. Ainsi, un avenir rempli de fabrication durable ne semble soudainement pas si loin.