Un nouvel outil open source remodèle la façon dont les ingénieurs conçoivent des objets multi-matériaux. Charles Wade, titulaire d'un doctorat. étudiant au Département d'informatique de l'Université du Colorado à Boulder, a créé un progiciel de système de conception qui utilise des fonctions et du code pour cartographier non seulement les formes, mais également la place des différents matériaux dans un objet 3D.
Le projet, appelé OpenVCAD, a été développé dans le Matter Assembly Computation Lab dirigé par le professeur adjoint Robert MacCurdy du département de génie mécanique Paul M. Rady.
Un nouvel article, publié dans la revue Fabrication additivemet en évidence l'outil de conception et son potentiel pour transformer l'impression 3D en permettant aux ingénieurs de concevoir plus efficacement des objets multi-matériaux.
« Il existe certainement une histoire d'études et de pratiques de conception multi-matériaux qui existait bien avant OpenVCAD », a déclaré MacCurdy, qui est également affilié à l'informatique et au Département de génie électrique, informatique et énergétique. « Mais nous pensons que les frais généraux liés à l'écriture de code spécifique pour des projets spécifiques empêchent à chaque fois les ingénieurs de faire autant de conception qu'ils le pourraient.
« Avec OpenVCAD, nous effectuons tout ce travail en même temps – et nous le faisons très bien – afin que les utilisateurs disposent d'une infrastructure intégrée pour représenter ces conceptions multi-matériaux spatialement variables. »
Repousser les limites de la conception multi-matériaux
La conception d'objets avec plusieurs matériaux a depuis longtemps repoussé les limites des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) conventionnels.
Selon Wade et MacCurdy, les outils de conception traditionnels ont tendance à représenter les objets uniquement sous forme de surfaces limites. Cela signifie qu’ils fonctionnent avec l’hypothèse implicite que tout ce qui se trouve à l’intérieur d’une surface limite est constitué du même matériau.
L'un des principaux domaines d'intérêt en mécanique est ce qu'on appelle le design en dégradé, dans lequel deux matériaux sont progressivement mélangés, de l'un à l'autre, comme une semelle de chaussure qui passe de ferme en bas à souple en haut. Mais sans un outil de conception puissant, traduire des étapes difficiles en transitions fluides peut s’avérer extrêmement difficile.
C'est pourquoi Wade a développé OpenVCAD. Le progiciel agit presque comme un ensemble d'outils pratiques qui permettent aux utilisateurs non seulement de composer facilement des fonctions complexes, mais également de les attribuer comme matériaux à des objets dans une imprimante 3D.
« Il s'agit du premier outil de conception multi-matériaux basé sur du code largement disponible », a déclaré Wade. « Il permet une bonne complexité lors de l'impression d'objets, il est accessible et intuitif à écrire et à concevoir. Contrairement aux logiciels de CAO traditionnels, où vous êtes obligé de tout dessiner pour chaque modification et où vous ne pouvez pas représenter des matériaux classés, notre outil permet aux utilisateurs de modifier une petite variable et de regarder l'ensemble de la conception mise à jour de manière simple. »
Un large impact à explorer pour tous
Le nouvel article de l'équipe explore les capacités d'OpenVCAD sur une variété d'imprimantes 3D, dont une disponible pour le groupe de laboratoire de MacCurdy qui permet l'impression d'objets avec jusqu'à cinq matériaux à la fois.
Cependant, c'est l'impact potentiel du projet sur l'ensemble de la communauté des ingénieurs qui les passionne.
Selon MacCurdy et son équipe, le logiciel OpenVCAD peut être utilisé pour aider les chercheurs à concevoir des objets pertinents pour presque n'importe quelle industrie et n'importe quel domaine.
Les chirurgiens qui ont besoin de modèles de planification réalistes sur lesquels s'entraîner peuvent tirer parti des propriétés de mélange de gradients de l'outil. Les experts en robotique souple peuvent l'utiliser pour créer des actionneurs flexibles qui se plient dans une direction mais restent droits et rigides dans une autre. Les ingénieurs qui ont besoin de simuler des objets multimatériaux complexes peuvent concevoir dans OpenVCAD et exporter facilement un fichier prêt pour la simulation.
OpenVCAD peut même appliquer des propriétés mécaniques spécifiques à des parties spécifiques des structures en treillis, qui sont souvent utilisées pour leurs capacités d'absorption des chocs afin de réaliser des conceptions plus complexes.
« Nous pouvons nous appuyer sur les capacités principales d'OpenVCAD pour représenter des objets multi-matériaux dans de nombreux domaines différents », a déclaré MacCurdy. « Mais il y a beaucoup plus à venir dans certains domaines qui nous passionnent et nous espérons vraiment que cette approche de la conception multi-matériaux décolle. »
OpenVCAD est un outil entièrement open source, ce qui signifie qu'il est largement disponible pour les ingénieurs du monde entier. Il est même équipé d'une implémentation Python afin que tout utilisateur puisse facilement importer le référentiel de l'équipe et se mettre au travail avec une seule ligne de code.
« Nous voulons que cela soit largement accessible au public », a déclaré Wade. « Nous disposons d'une base croissante de chercheurs externes d'autres institutions qui utilisent cet outil et nous espérons permettre à cette communauté de faire de son mieux. »
