Innovation en cours : le WYSIWYG dans la fabrication additive

Rappelez-vous les premiers ordinateurs, avant les éditeurs WYSIWYG (en anglais « what you see is what you get », littéralement, « ce que vous voyez est ce que vous obtenez »). Souvent, il n’y avait aucun rapport entre ce que l’écran affichait et la version imprimée du document. On s’arrachait les cheveux à en devenir chauve.

Que se passait-il lorsqu’on vous livrait les documents imprimés ? Ce n’est qu’à l’ouverture du colis que vous constatiez la catastrophe, la dépense inutile et l’inacceptable perte de temps.

C’était un peu comme le personnage qu’incarne Bill Murray dans le film Un jour sans fin, qui se réveille invariablement sur la chanson « I got you babe » de Sonny and Cher, pour revivre encore et toujours les mêmes situations désastreuses. À la différence près, pour ceux qui ont vécu les prémisses du traitement de textes, qu’à chaque tentative il s’agissait de deviner les changements nécessaires pour obtenir le résultat escompté.

Puis les sociétés d’informatique ont créé les éditeurs WYSIWYG, afin d’apporter une solution au problème. Enfin, vous pouviez être sûr que ce que vous alliez imprimer correspondrait à ce qui était affiché à l’écran, quel que soit l’ordinateur ou l’imprimante concernés (jet d’encre, laser, imprimante à marguerite, imprimante matricielle).

Malheureusement, dans la production industrielle, ce n’est pas encore le cas. Que ce soit le moulage par injection, l’impression 3D ou les matériaux composites, la production implique encore de multiples itérations et prototypes, usant et abusant de votre temps et de vos budgets, comme de votre santé mentale.

À présent, imaginez un monde où ce que vous avez à l’écran est exactement ce qui est produit : finies les itérations trop nombreuses. Bienvenue dans l’ère des économies de temps et d’argent, des ressources consacrées à l’innovation, à l’exploration d’options plus viables et à la création de l’objet ultime, plutôt que de l’objet en perpétuelle gestation.

Il y a vingt ans, les ingénieurs se servaient de la simulation pour visualiser les défaillances que la forme d’un moule par injection pouvait entraîner, mais toujours après la bataille. De nombreux essais et de nombreuses erreurs précédaient toujours les solutions et les prototypes viables, rognant les bénéfices aussi bien que les échéances.

Aujourd’hui, plutôt que de laisser un problème coûteux engorger votre productivité, la simulation vient à votre secours pendant la phase de projet, avant la réalisation du moule.

Prenons l’exemple des pièces en plastique moulées par injection à l’intérieur des voitures : leur forme semble parfaite à l’écran, mais si la moindre irrégularité de pression, due à la température de fonte, à la présence de gaz dans la cavité, à la vitesse de remplissage ou à la vitesse de refroidissement, intervient au cours du moulage, votre pièce pourra présenter des déformations ou des retassures.

La conception du moule va directement dicter son comportement et s’il est déficient, les pertes peuvent atteindre des milliers d’euros, surtout si vous ne pouvez rien contrôler dans les usines de production.

L’application du principe WYSIWYG dans la fabrication additive est encore plus difficile. Que ce soit du plastique, du métal ou même du ciment, le matériau utilisé pour une impression 3D se déformera pendant et après l’impression. Il vous faut donc prévoir quelle sera la déformation afin d’arriver à un produit qui ressemble à ce que vous avez à l’écran.

Admettons que vous soyez un ingénieur aéronautique et que vous deviez concevoir une pale de turbine qui sera imprimée en 3D en alliage Inconel : les allers-retours entre prototype et itérations peuvent vous faire perdre des semaines de travail et plus de 10 000 € par itération. La fabrication additive est souvent utilisée pour produire une faible quantité de pièces. Or si le coût d’un processus de production viable se monte à 100 000 €, il doit être amorti sur le nombre de pièces à produire. Quel sera sa rentabilité si vous ne devez imprimer que 20 pièces ? Et s’il ne faut que cinq pièces ? L’impossibilité de prévoir le résultat final de l’impression 3D limite la mise en œuvre de cette technologie révolutionnaire dans les processus de production.

Si l’application du principe WYSIWYG à l’impression 3D et au moulage par injection vous semblait déjà ardu, imaginez un instant le cas des composés laminés, quand le processus de fabrication est spécifique au produit en cours d’élaboration.

Les matériaux composites en fibres de carbone sont extra-durs, extra-solides, légers et résistants aux chocs. Ils ont connu la gloire après avoir fait partie de la composition du Boeing 787, le Dreamliner. Le fuselage a été réalisé en enroulant la fibre de carbone au moyen d’un mandrin géant, comme le ruban d’un joint de filetage. À mesure de l’avancée de la fabrication, le mandrin se déplaçait afin de déposer les fibres dans le bon sens à chaque couche.

Généralement, les matériaux composites sont faits de fils de carbone déposés sur une résine, afin de former des couches dans des orientations variées, en sens unique, tissés ou coupés. En fonction de la manière dont on dépose les couches, on obtient différentes propriétés de résistance et de déformation.

Le domaine est tellement complexe que seuls quelques experts savent comment effectuer une simulation avec des matériaux composites. Mais si l’ordinateur pouvait identifier quel matériau composite avait les bonnes caractéristiques, comme la résistance ou la légèreté, on obtiendrait tout de suite le bon matériau. Puis l’ordinateur identifierait ensuite le processus de fabrication à employer ou les modifications à apporter afin que le comportement et l’apparence de la pièce soient en tous points conformes à ce qui était prévu.

Autodesk cherche à développer cette capacité de simulation, avec Moldflow pour le moulage par injection, Netfabb Simulation pour la fabrication additive et Helius PFA pour les matériaux composites, afin d’apporter la solution au problème WYSIWYG qui se pose pour les fabricants.

L’objectif est de répliquer le processus de fabrication dans l’ordinateur afin de voir la différence entre ce que vous concevez et ce qui sera produit. Si le résultat ne correspond pas à vos intentions, l’ordinateur vous dit comment le modifier pour réduire les défauts et obtenir plus rapidement un produit fiable.

Au lieu de partir sur une longue boucle de prototypes, vous pourriez envoyer votre projet à un fabricant avec la certitude que le produit que vous recevrez sera conforme à vos exigences. À ce jour, personne n’oserait produire immédiatement une pièce en grande quantité, mais si vous pouviez garantir la conformité des premiers tests, cela supprimerait des cycles d’itération. De plus, cela dégagerait du temps et des ressources à allouer à l’amélioration des performances du produit.

Dans la production industrielle, l’avenir proche de la simulation est une révolution à l’aune de celle des éditeurs WYSIWYG dans l’univers du traitement de textes. Au lieu de renvoyer un projet 18 fois avant qu’il ressemble à ce que vous souhaitez, vous pourrez enfin en imprimer un ou deux et le tour sera joué.

Pour l’instant, peut-être avez-vous encore dans la tête la rengaine de « I got you babe ». Mais tous les espoirs sont permis : bientôt le WYSIWYG sera une réalité.