Les mathématiques derrière la fabrication additive

Dans un épisode passionnant de l'Additive Snack Podcast, l'animateur Fabian Alefeld s'entretient avec Harshil Goel, fondateur et PDG de Dyndrite, sur le rôle essentiel des mathématiques dans l'avancement de la fabrication additiveFA

M. Goel, qui possède une solide formation en mathématiques et en génie mécanique, nous fait part de son parcours inattendu dans le monde de l'FA et nous explique comment Dyndrite exploite les mathématiques pures pour résoudre des problèmes industriels complexes. Cet épisode aborde la mission de Dyndrite, son impact sur l'autonomisation des ingénieurs et ses efforts pour repousser les limites de l'FA.

De l'outsider au fondateur : Le voyage de Harshil dans le monde de l'FA

M. Goel apporte un mélange unique de rigueur académique et d'esprit d'entreprise à l'industrie de FA . Sa formation scientifique est ancrée dans les mathématiques, en particulier la géométrie différentielle et la topologie, qu'il décrit comme "faire du calcul sur des surfaces". En génie mécanique, son expertise porte sur la mécanique des fluides, la mécanique des fluides computationnelle et la mécanique des milieux continus - essentiellement "la résolution de problèmes mathématiques très difficiles à des fins d'ingénierie".

Le parcours de Goel dans l'FA n'était pas conventionnel ; il a lui-même avoué qu'il ne savait pas vraiment ce qu'était l'FA jusqu'en 2015-2016, lorsque Boeing l'a approché avec un défi concernant les lacunes des logiciels d'FA existants. Sa capacité à conceptualiser et à fournir rapidement des solutions a conduit à la fondation de Dyndrite en 2017, en déménageant d'abord à Washington pour se rapprocher des premiers clients et employés.

Avant de fonder Dyndrite, M. Goel a enseigné MATLAB et Python à l'UC Berkeley, où il a également obtenu sa licence, sa maîtrise et son doctorat. Cette expérience de l'enseignement a considérablement influencé la conception du logiciel de Dyndrite, qui apprend subtilement aux utilisateurs à programmer.

Le concept de base de Dyndrite et l'impact sur l'industrie

La principale offre de Dyndrite est un logiciel conçu pour guider les clients depuis l'utilisation initiale de la machine jusqu'à la production à grande échelle en FA. M. Goel classe le parcours du client en trois niveaux de maturité :

1. Préparation de la construction : Il s'agit de tâches essentielles telles que l'importation de la géométrie, l'orientation, l'imbrication, l'étiquetage, le support et le découpage des pièces pour la préparation de la machine. Bien que ce ne soit pas l'aspect le plus "sexy", c'est une exigence fondamentale. Dyndrite automatise ces processus de manière significative, comme l'a démontré un client qui a économisé 20 000 dollars par semaine rien que sur l'étiquetage en automatisant l'ensemble du processus.
2. Développement de matériaux et de procédés : Après avoir produit une première pièce, les clients cherchent à créer de manière fiable des pièces spécifiques sur des machines spécifiques avec des matériaux spécifiques. La contribution unique de Dyndrite consiste à développer des stratégies pour indiquer à la machine "où faire quoi quand" afin d'améliorer la qualité des pièces et la productivité de la machine. Un exemple est l'application d'un "paramètre de peau" pour les zones critiques (par exemple, 30-60 microns) et d'un "paramètre de productivité" pour le noyau (par exemple, 90-120 microns), ce qui peut permettre de multiplier par deux le temps de fabrication. Un client du secteur de la propulsion, sans expérience préalable ni simulation, a pu imprimer en une semaine et demie des pièces en Inconel qu'il jugeait auparavant impossibles, en utilisant les outils de Dyndrite et des notions de mathématiques élémentaires.
3. Qualification et traçabilité : Une fois les pièces produites, assurer la répétabilité, la qualification, l'étalonnage et la traçabilité devient primordial pour la préparation de la production. Dyndrite vise à simplifier les processus de qualification, en permettant aux entreprises de passer plus facilement d'un logiciel à l'autre tout en maintenant la conformité.

L'une des principales innovations du logiciel de Dyndrite est son "mode turbo", qui affiche le code Python en arrière-plan pendant que les utilisateurs interagissent avec l'interface utilisateur graphique (IUG). Ce choix de conception découle de l'approche d'apprentissage des langues de Goel, qui présente l'interface graphique familière en même temps que le nouveau langage de programmation, démystifiant ainsi le codage pour les ingénieurs en mécanique et les encourageant à codifier leurs pratiques. Cette approche permet une automatisation avancée, telle que la génération automatique d'étiquettes et de supports basés sur des métadonnées de couleurs CAO.

Observations du secteur et prévisions pour l'avenir

M. Goel note que l'industrie de FA est en train de mûrir de manière significative, avec des professionnels plus sophistiqués qui posent des questions plus complexes, ce qui stimule l'innovation. La taille et le volume des machines continuent de doubler tous les cinq à dix ans, ce qui nécessite des capacités de traitement des données plus robustes pour la génération des parcours d'outils.

En ce qui concerne les avancées technologiques, M. Goel souligne le rôle crucial des GPU. Tout en reconnaissant le battage médiatique autour de l'IA, il pense que l'impact le plus important de tendances telles que le bitcoin, les jeux vidéo et la RV sur la FA est l'augmentation des investissements dans le développement des GPU. Cela a considérablement accéléré les algorithmes de calcul de la géométrie, permettant de générer des parcours d'outils plus rapides et plus complexes pour des machines de plus en plus grandes. La vitesse des GPU a été multipliée par mille, rendant l'informatique avancée plus accessible et plus abordable.

Du point de vue de la qualification, M. Goel identifie une faille dans les cadres existants : En traduisant les variables clés de performance (KPV) traditionnelles telles que la distance de hachurage, l'espacement, la puissance du laser et la vitesse en un nouvel ensemble de nombres non dimensionnels (ratios), les entreprises peuvent bénéficier d'une plus grande flexibilité. Par exemple, au lieu de qualifier une pièce sur la base d'une hauteur de couche de 60 microns, la qualifier sur la base de la densité d'énergie volumétrique permet d'ajuster la hauteur de couche (par exemple, 120 microns ou 30 microns) en ajustant proportionnellement la puissance du laser, sans nécessiter de requalification.

Cette approche accélère considérablement l'application de plusieurs paramètres à une seule pièce et permet une impression plus rapide.

Les réflexions de Harshil Goel soulignent le pouvoir de transformation des mathématiques et des logiciels stratégiques pour faire progresser la fabrication additive. Sa vision d'une qualification rationalisée et d'une productivité accrue ouvre la voie à la réalisation du plein potentiel de la FA dans les applications industrielles.

Se connecter et en savoir plus

Pour en savoir plus sur le travail de Harshil Goel et sur Dyndrite, vous pouvez consulter les ressources suivantes :

• En savoir plus sur le travail de Harshil Goel à Dyndrite.
• Connectez-vous avec Harshil Goel sur LinkedIn.
• Lisez le profil de Harshil Goel sur Forbes.