Vers l'infini et au-delà

Défi

La mission Artemis de la NASA a pour objectif de ramener des humains sur la Lune, d'explorer les possibilités d'y établir des colonies permanentes pour l'avenir et, un jour, sur Mars. Pour y parvenir, les ingénieurs de la NASA doivent examiner minutieusement chaque pièce d'un vaisseau spatial afin de minimiser l'encombrement et le poids, et de survivre aux températures extrêmes de la Lune et d'ailleurs.

Solution

Dans le cadre d'une expérience menée lors d'une récente conférence, les ingénieurs ont été invités à dresser une liste de géométries et de qualités dont une pièce spécifique aurait besoin pour survivre au vol et tolérer les conditions extrêmes qui règnent à la surface de la lune. Ces données ont été introduites dans un cadre de conception générative qui a permis à l'intelligence artificielle de développer une pièce répondant à ces critères.

Résultat

L'un des avantages de la conception générative est sa capacité à voir les choses au-delà de l'œil de l'esprit humain - avec une sensibilité détachée - en créant la meilleure solution pour un ensemble de paramètres. Elle modifie l'ensemble de votre flux de travail en vous permettant de prendre des décisions rationnelles en matière de conception de manière incroyablement rapide. À cet égard, ce qui a surpris tout le monde, c'est la rapidité avec laquelle il a fallu moins de 36 heures pour passer de la détermination des contraintes et du téléchargement dans le fil numérique de Protolabs à une pièce usinée.

Survivre aux voyages spatiaux et aux environnements

Les objets présents sur la lune dans la zone qu'Artemis va habiter doivent tolérer des températures allant de -315 F à -55 F (-193 C à -48 C). Selon M. Vaerewyck, les ingénieurs de la conférence ont dû se poser la question suivante : "Que doit faire cette pièce et quel est l'environnement dont elle a besoin pour survivre ? À partir de là, ils ont élaboré des paramètres pour générer la conception, en veillant à optimiser le poids et à maximiser la rigidité.

Pourquoi se préoccuper autant du poids ? Les statistiques de la NASA indiquent que chaque kilogramme lancé dans l'espace coûte un million de dollars ; chaque réduction de poids permet donc aux contribuables d'économiser de l'argent.

Chaque fois que l'on parle d'allègement, l'aluminium abordable est la première matière qui vient à l'esprit, grâce à son excellent rapport résistance/poids. Dans le cas présent, la pièce usinée par CNC a été fabriquée à partir d'une forme d'aluminium 6061 qui a subi des process visant à améliorer sa résistance et ses capacités de soulagement des contraintes. Il s'agit d'un choix populaire pour l'aéronautique, l'automobile, la marine et la fabrication générale.

Parmi les autres paramètres clés de la conception, la pièce devait pouvoir supporter une masse de 68 livres et être empilable. Cette dernière caractéristique permet à plusieurs exemplaires de la pièce d'occuper moins d'espace sur le vaisseau spatial.

La pièce devait être munie de pieds lui permettant de tenir debout sur la surface irrégulière de la lune.

Enfin, les ingénieurs voulaient une pièce rapidement usinable. Si des technologies comme l'impression 3D offrent une plus grande liberté de conception, l'impression 3D de métaux n'était pas possible dans le délai de 36 heures imparti pour la livraison de la pièce.

Du modèle à la pièce physique : C'est l'heure de l'analyse

À partir de toutes ces données, l'ordinateur a calculé les chiffres. Après avoir pris en compte toutes les contraintes imposées par les ingénieurs à la conception, il a produit le fichier CAO correspondant au meilleur scénario. "Ce qui est génial, c'est que nous ne savions pas ce que nous allions faire à la fin", a déclaré M. Vaerewyck. Ce qu'ils ont obtenu, c'est une amélioration de 6 à 10 fois de la masse, de la rigidité et du temps de conception.

Il est rapidement passé au parcours d'outils : 19 heures de fraisage et 4 heures de process. "Il ne faut pas sous-estimer l'élément humain ici, qui a veillé à ce qu'il n'y ait pas d'alarmes ou d'erreurs dans le process de fraisage", a déclaré Greg Perz, responsable de l'ingénierie de fabrication de Protolabs pour l'usinage CNC.

La pièce conçue de manière générative présente des ruptures dans la conception circulaire, ce qui a permis de gagner des heures de fraisage en permettant un fraisage à deux axes plus simple.

"Notre délai était fixé à 17 heures et les premières pièces ont été livrées à 16 h 31. Cela a été rapide et sans douleur", a déclaré M. Perz. Il n'a fallu que 36 heures entre le brainstorming initial de conception générative et l'obtention de la pièce.