Un nouveau logiciel open source permet une impression 3D efficace avec plusieurs matériaux
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Un nouvel outil open source transforme la façon dont les ingénieurs conçoivent des objets multi-matériaux. Charles Wade, étudiant en quatrième année de doctorat au département d'informatique de CU Boulder, a créé un progiciel de système de conception qui utilise des fonctions et du code pour cartographier non seulement les formes, mais également l'emplacement des différents matériaux dans un objet 3D.
OpenVCAD, un nouvel outil open source créé pour aider les ingénieurs à concevoir efficacement des objets multi-matériaux.
Le projet, baptisé OpenVCAD , a été développé au sein du laboratoire de calcul d'assemblage de matière, dirigé par le professeur adjoint Robert MacCurdy du département de génie mécanique Paul M. Rady . L'équipe publie un nouvel article dans la revue de référence sur l'impression 3D Additive Manufacturing le 13 octobre. Cet article met en avant cet outil de conception et son potentiel à transformer l'impression 3D en permettant aux ingénieurs de concevoir des objets multi-matériaux de manière plus intelligente et plus efficace.
« Il existe certainement une histoire d'études et de pratiques de conception multi-matériaux bien antérieure à OpenVCAD », a déclaré MacCurdy, également affilié à l'informatique et au Département de génie électrique, informatique et énergétique . « Mais nous pensons que la charge de travail liée à l'écriture de code spécifique pour chaque projet empêche les ingénieurs de concevoir autant qu'ils le pourraient. »
« Avec OpenVCAD, nous effectuons tout ce travail une seule fois, et nous le faisons très bien, afin que les utilisateurs disposent d'une infrastructure intégrée pour représenter ces conceptions multimatériaux 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 comme des 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 de la mécanique est la conception par gradient, qui consiste à fusionner progressivement deux matériaux, comme une semelle de chaussure dont la partie inférieure est ferme et la partie supérieure est souple. Mais sans outil de conception performant, traduire des étapes approximatives en transitions fluides peut s'avérer extrêmement difficile.
C'est pourquoi Wade a développé OpenVCAD. Ce logiciel fonctionne comme un ensemble d'outils pratiques permettant non seulement de composer facilement des fonctions complexes, mais aussi de les affecter comme matériaux à des objets dans une imprimante 3D.
« Il s'agit du premier outil de conception multi-matériaux basé sur le code, largement disponible », a déclaré Wade. « Il permet une bonne complexité lors de l'impression d'objets, il est accessible et son écriture et sa conception sont intuitives. Contrairement aux logiciels de CAO traditionnels, où l'on est obligé de tout esquisser à chaque modification et où il est impossible de représenter les matériaux gradués, notre outil permet aux utilisateurs de modifier une petite variable et de visualiser facilement l'évolution de la conception dans son ensemble. »
Un impact large à explorer pour tous
Le nouveau document de l'équipe explorera 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.
Mais c’est l’impact potentiel du projet sur l’ensemble de la communauté des ingénieurs qui les enthousiasme.
Un modèle médical multi-matériaux numérisable à imprimer pour la planification pré-chirurgicale.
Selon MacCurdy et son équipe, le logiciel OpenVCAD permet aux chercheurs de concevoir des objets adaptés à presque tous les secteurs d'activité. Les chirurgiens ayant besoin de modèles de planification réalistes pour s'entraîner peuvent exploiter les 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 doivent simuler des objets multimatériaux complexes peuvent concevoir avec OpenVCAD et exporter facilement un fichier prêt à être simulé.
OpenVCAD permet même d'appliquer des propriétés mécaniques spécifiques à des parties spécifiques de structures en treillis, souvent utilisées pour absorber les chocs et réaliser des conceptions plus complexes. Les possibilités sont infinies.
« Nous pouvons compter sur les fonctionnalités clés d'OpenVCAD pour représenter des objets multi-matériaux dans de nombreux domaines différents », a déclaré MacCurdy. « Mais de nombreuses autres nouveautés sont à venir dans certains domaines qui nous intéressent et nous espérons vraiment que cette approche de la conception multi-matériaux prendra son envol. »
OpenVCAD est un outil entièrement open source, ce qui signifie qu'il est largement accessible aux ingénieurs du monde entier. Il est même doté d'une implémentation Python permettant à tout utilisateur d'importer facilement le référentiel de l'équipe et de commencer à travailler avec une seule ligne de code.
« Nous souhaitons que cet outil soit accessible au plus grand nombre », a déclaré Wade. « Nous disposons d'un bassin croissant de chercheurs externes issus d'autres institutions qui l'utilisent et nous espérons permettre à cette communauté de donner le meilleur d'elle-même. »