Conception et Optimisation de Forme pour la Fabrication Additive – COFFA

Pour ces raisons, le projet COFFA a choisi, quant à lui, la voie de l’assistance au concepteur, à la fois par des outils de modélisation (et/ou de modification de forme) adaptés aux formes complexes et des outils d’analyse basés sur divers indicateurs pertinents tels que des indicateurs de performance (masse, contrainte, thermique, …) et de fabricabilité.
Des premiers travaux ont été réalisés au sein de l’I2M portant sur une nouvelle stratégie d’optimisation topologique hybride (SIMP + level-set) fondée sur l’utilisation d’hyper-surfaces NURBS pour décrire le domaine dont la topologie est à optimiser. Ce travail en cours est réalisé à travers le projet régional de la région Nouvelle Aquitaine Futurprod et sa plateforme technologique basée sur le procédé SLM. Les travaux n’ont pour l’instant pas été confrontés à des résultats expérimentaux issus de pièces réelles fabriquées, aussi la prise en compte des retours d’expérience d’utilisateurs avertis n’est pas encore effective. De plus, ces travaux portent essentiellement sur la partie optimisation topologique numérique, mais l’interaction entre le concepteur et la pièce réalisée n’est pas envisagée. La prise en compte des préférences des concepteurs dans le choix des formes des pièces est impossible, seules les heuristiques traduites par des règles compatibles avec le processus numérique peuvent être prises en compte dans la mesure où les temps de calcul restent raisonnables. Aussi les expertises métier ne peuvent être valorisées. Le défi majeur dans COFFA sera de pouvoir intégrer cette interaction utilisateur/outil d’optimisation de manière ergonomique et efficace d’un point de vue des temps de calcul en utilisant le savoir-faire et les retours d’expérience du laboratoire G-SCOP qui possède une expertise importante dans la mise en œuvre des procédés ALM.

Le résultat de COFFA consiste en une méthodologie de conception adaptée à l’ALM (méthode COFFA) permettant de converger vers une conception optimale dans un temps réduit et en une maquette informatique générale pouvant s’appliquer à des cas d’intérêt industriel. Cette démarche se déroule en 5 phases successives (Cf. illustration). Cette démarche fait apparaître une étape importante d’orientation et d’analyse de fabricabilité, ceci s’expliquant par le fait que la fabricabilité est grandement dépendante de l’orientation de la pièce dans sa chambre de fabrication. En conséquence, l’orientation est choisie pour permettre et optimiser la fabricabilité de la pièce. COFFA a donné lieu à des publications dans des conférences nationales, internationales et en revue concernant l'optimisation topologique, la reconstruction de surface, l'élicitation et la formalisation des connaissances, l'orientation de pièce, et l'évaluation de l'outil d'aide à la décision en orientation de pièce. Suite au projet COFFA, un projet ANR impliquant les laboratoires G-SCOP et I2M, et l’entreprise DPRI (rachetée par Hexagon) a été démarré, le projet KAM4AM (ANR-20-CE10-0012). Un projet collaboratif avec l’entreprise DPRI/Hexagon a lui démarré en cours de projet et a permis de financer 48 mois de post-doctorat sur l’aide à la décision basée sur la connaissance dans le cadre de la fabrication additive.

Le projet COFFA a ouvert une collaboration durable entre G-SCOP et I2M qui a donné lieu au projet ANR KAM4AM et a un projet collaboratif dans le cadre des Carnot.

Bertolino, G.; et al. A general surface reconstruction method for post-processing of topology optimisation results. SIM AM. 2019. Pavie, Italy.

Bertolino, G.; et al. An Efficient Hybrid Optimization Strategy for Surface Reconstruction. Computer Graphics Forum. 2021, 1–37.

Bertolino, G.; Montemurro, M. Two-scale topology optimisation of cellular materials under mixed boundary conditions. International Journal of Mechanical Sciences. 2022, 216, 106961.

Mechekour, E.-H.; Vignat, F.; Grandvallet, C.; Pourroy, F.; René Marin, P.; et al. Evaluation of a decision-support tool for part orientation in EBM additive manufacturing. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, In press. 2023.

L’optimisation topologique connait aujourd’hui un essor important en lien avec la fabrication additive. La voie prise par la majorité des acteurs est celle d’une automatisation poussée avec une intégration d’objectifs et de contraintes multi physiques et ceci pour différentes étapes du cycle de vie du produit. Hors l’expression de ces contraintes n’est pas totalement satisfaisante pour les utilisateurs de ces solutions et les conduits à mettre au point des méthodologies d’utilisation complexes afin de converger vers une solution acceptable.
Le projet COFFA a choisi quant à lui la voie de l’assistance au concepteur, à la fois par des outils de modélisation et de modification de forme adaptés aux formes complexes et des outils d’analyse basés sur divers indicateurs de performance et de fabricabilité. COFFA ambitionne de proposer au concepteur une méthodologie et des outils pour l’assister dans sa démarche de conception de forme optimale pour la fabrication additive.