Toute industrie a besoin de représenter ses objets d’étude. Avant l’ère informatique, la planche à dessin était l’outil utilisé. Cependant, pour représenter des formes complexes, dites « gauche », une représentation en plan ne suffisait pas, même avec des sections de pièces.
Prenons pour exemple le Blériot XI de 1909 : l’ensemble de l’appareil, à l’exception de l’hélice, pouvait être représenté fidèlement en plan. Bien que complexes, les ailes n’étaient que la résultante des couples de sections habillées de papier. Mais pour l’hélice, les concepteurs étaient contraints de passer par une étape de sculpture, véritable prototypage physique indispensable à la vérification par le toucher de la surface, etc.
L’apparition de la modélisation numérique 3D
L’arrivée, puis l’explosion des capacités de calcul informatique ont rendu possible, puis démocratisé la conception numérique assistée par ordinateur (CAO). Grâce à la modélisation tridimensionnelle (3D) numérique, on peut désormais développer des projets complexes beaucoup plus rapidement, plus précisément, et plus économiquement.
De nos jours, les modèles numériques 3D même complexes ne sont plus réservés aux seuls initiés. Il est devenu d’usage de créer un véritable jumeau numérique de tout nouveau produit. Ce jumeau numérique est utilisé pendant toutes les phases d’étude comme support d’échange commun aux équipes intervenant sur un projet innovant : design 3D, conception 3D, ingénierie, infographie, mais aussi marketing et commercial.
Les utilisateurs de la modélisation numérique 3D : de la multinationale à l’amateur éclairé
D’abord cantonnée aux industries de pointe comme l’aéronautique ou l’aérospatial, la conception 3D est devenue essentielle aux industries nécessitant à la fois technologie et design industriel. Pour ces industries, l’aspect des produits est autant un vecteur de réussite commerciale que leur capacité technique. L’industrie automobile, par exemple, répond à ces critères.
L’univers de l’innovation produit tout entier est devenu de nos jours centré sur le modelage 3D. Chaque objet est conçu numériquement dans le but de modéliser et d’optimiser l’expérience utilisateur (UX) lors de son futur usage.
La modélisation 3D est souvent couplée au prototypage pour valider l’usage et les interfaces Utilisateur (UI) en amont du cycle de production. Un prototype physique fonctionnel ou un prototype numérique virtuel peuvent être mis en œuvre.
Les grands groupes, PME, TPE et même les particuliers ont obtenu accès à de nombreux logiciels de modélisation numérique 3D.
Les éditeurs de logiciel de modélisation 3D ont segmenté leur offre envers chaque type d’organisation, selon ses besoins et ses moyens.
Ainsi, une première vague de nouveaux venus est apparue fin des années 90. Solidworks peut être cité en exemple.
Puis, une nouvelle génération de logiciels de modélisation numérique 3D est apparue, encore plus abordable. Les concepts de « cloud », « collaboration », « generative design » sont au centre de la proposition de valeur. Le logiciel Fusion 360 regroupe plusieurs fonctionnalités dont le modelage 3D, la conception numérique 3D, surfaces, volumes, mise en plan, sub-D.
Ces logiciels possèdent également des interfaces vers des moyens de prototypage par fraisage et usinage numérique, ou bien de prototypage rapide 3D.
Les marchés applicatifs de la modélisation numérique 3D
A cette offre logicielle ciblée par type de client s’ajoute une segmentation par domaine technique d’application. Les logiciels préalablement cités couvrent le domaine de la conception numérique de produits. D’autres logiciels de modélisation 3D sont utilisés pour la production cinématographique, les jeux vidéo, et l’industrie du divertissement en général. Des noms comme 3Dsmax, Blender, ou Unreal Engine sont parmi les plus fréquemment cités pour ces applications.
Ces domaines d’application paraissaient éloignés il y a encore quelques années. Ils s’entremêlent et convergent désormais, chaque logiciel de modélisation 3D pouvant dialoguer d’une façon ou d’une autre avec ses semblables. On peut définir 3 grandes familles dans le process de modélisation numérique 3D :
La modélisation numérique 3D volumique et paramétrique
Elle nécessite des logiciels tels que Catia, Solidworks, NX, logiciels sont spécialement créés pour l’ingénierie ou la rétro-ingénierie produit. Ils intègrent une série d’outils dédiés au passage du virtuel vers le réel : création des épaisseurs matières, étude des moules plastiques, modules électriques/hydrauliques/thermiques ou de résistance des matériaux, accès aux bibliothèques de composants catalogue (vis, profilés, etc.) aux normes internationales.
En contrepartie, ces logiciels techniques manquent de souplesse dans la création de formes « libres » pour le modelage 3D et les phases d’idéation.
La modélisation numérique 3D surfacique
Elle permet de créer rapidement des « peaux extérieures », mêlant ainsi le style et le design 3D, l’esthétisme par le modelage 3D, et la technologie. Alias et Rhino 3D sont parmi les logiciels les plus connus. Ils servent à dessiner le produit au sens premier du terme, et sont maîtres dans ce que l’on appelle la surface gauche: rien n’est droit, tout se courbe, vrille.
Chaque surface est une représentation graphique de courbes mathématiques. Elle est conçue pour être parfaitement ajustée avec les pièces adjacentes lors de la fabrication (plan de forme, plan des jeux).
Chaque surface est également pensée pour refléter la lumière d’une certaine façon et pour réagir avec les surfaces adjacentes par une vraie continuité dans le reflet de lumière. On parle alors de tangence G1, courbure continue G2, voire de courbure continue en accélération G3.
La modélisation numérique 3D polygonale
Généralement, ces logiciels sont utilisés pour tout ce qui ne quittera pas un écran : animation 3D, images, jeux vidéo. On ne parle plus ici de courbes mais de nuages de points, les vertex. Ces vertex se relient par des bords (« edges »), puis 3 ou 4 de ces « edges » forment une face, le polygone.
Ils peuvent ainsi servir au modeleur 3D ou concepteur 3D :
- au début de la chaine de conception numérique 3D comme support de création de concept grâce à leur workflow itératif très rapide,
- pour créer des supports de revue de projet en phase de validation produit 3D,
- à la fin de l’étude technique. Le modeleur 3D peut créer des supports de communication grâce à l'infographie 2D ou l'infographie 3D, développement d’applications interactives via le web ou sur tablettes).
Les spécialistes de modélisation numérique 3D ont pour habitude d’utiliser tous ces logiciels. En début de projet, le modelage polygonal est utilisé en pré-étude (sketching) pour le design industriel.
Le surfacique entre en jeu en phase un peu plus avancée (modelage créatif 3D). On passe au surfacique pour la création de la forme finale (dite de plan de forme).
En phase de prototypage et d'industrialisation, la modélisation volumique est utile pour la plasturgie (fibre de verre ou de carbone) et l’intégration les composants.
Cette 3D complète sera alors récupérée sur un logiciel polygonal pour créer les images commerciales, un spot publicitaire, un « serious game » interactif permettant de jouer différents scenarii ou de se projeter en réel via réalité virtuelle ou la réalité augmentée, et ainsi engager émotionnellement le futur consommateur.
L’avenir de la modélisation numérique 3D
De grands bouleversements et de grandes avancées sont attendus dans un avenir très proche.
Les calculs de simulation se perfectionnent et s’ajustent de plus en plus rapidement. Plus besoin de faire de multiples essais en soufflerie pour déterminer un aérodynamisme ou une résistance à la chaleur. L’ordinateur peut recalculer et même ajuster la pièce en conséquence.
On a vu récemment apparaitre une nouvelle forme de modélisation qui n’est plus basée sur des surfaces « à sculpter » mais sur un ensemble de nœuds logiques. Cette forme de programmation, permettant d’aboutir à une géométrie complexe facilement paramétrable : l’algorithmic modelling. Le représentant le plus connu est Grasshopper.
Cette méthode de modélisation est particulièrement puissante dans les répétitions et créations de patterns.
Enfin, la réalité virtuelle (VR) s’inscrit désormais pleinement dans le domaine de la maquette numérique. On peut enfin avoir un aperçu échelle 1 du produit étudié sous forme de prototype virtuel.
Et en transverse de tous ces domaines, l’intelligence artificielle fait une montée fulgurante. L’IA permet aujourd’hui de créer des images par infographie 2D. Elle sera bientôt capable de créer une infographie 3D complète à partir des modèles numériques. A moyen terme, l'IA sera peut-être capable de créer des modèles numériques 3D au complet. A nous d’utiliser ce nouveau potentiel à bon escient.
Estech, spécialiste de la modélisation numérique 3D
Depuis plus de 20 ans, l'entreprise Estech accompagne ses clients dans la création, la validation et la promotion de leurs nouveaux produits et de leurs innovations. L’offre d’ Estech est adaptée aux grands groupes industriels comme aux entrepreneurs individuels porteurs d’innovations.
Estech couvre toutes les étapes de la création de nouveaux produits, du design industriel au prototypage physique jusqu’à la production des premières petites séries.
Eligible au Crédit Impôts Recherche (CIR) et au crédit d’impôts Innovation (CII) Estech est constituée de plus de 170 Designers, infographistes 2D, infographistes 3D, modeleurs numérique, modeleurs « plan de forme », prototypistes. L'entreprise Estech est située dans les Yvelines (78), en Ile-de-France.
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