Comment créer un exosquelette fonctionnel ?

Pour les ingénieurs qui ont des idées de conception, la plupart des projets échouent en raison de l'écart qui existe entre le concept et sa mise en œuvre. Pour les constructeurs indépendants et les créateurs sans formation officielle, cet écart est plus conséquent. Les décisions en matière de conception ont des conséquences immédiates : le poids, les forces, le mouvement et la maniabilité interagissent tous d'une manière difficile à prévoir sans un processus de conception structuré.

Tyler Csatari prend beaucoup de plaisir à combler cet écart. Créateur de contenu suivi par plus de 4 millions d'abonnés sur TikTok (plus de 3 millions), Instagram (plus de 900 000) et Facebook (plus de 250 000), Tyler Csatari se concentre sur des projets de fabrication mécanique basée sur des défis, c'est-à-dire la conception et la création de systèmes qu'il n'a jamais tentés auparavant. Son objectif, au-delà de la simple reproduction de l'apparence, est de créer des systèmes fonctionnels, ce qu'il appelle du cosplay pratique, où la mécanique fonctionne comme prévu.

Tyler Csatari explique : « J'aime les projets qui semblent difficiles. On apprend énormément. » Cette approche, qui consiste à se lancer sans avoir toutes les connaissances nécessaires et à résoudre les problèmes au fur et à mesure, a jeté les bases de sa création la plus complexe : un exosquelette.

La conception de l'exosquelette de Tyler Csatari nécessitait quatre bras contrôlés de manière indépendante, capables de se déplacer avec fluidité tout en conservant leur intégrité structurelle. Chaque bras devait pouvoir s'étendre vers l'extérieur, supporter son propre poids et réagir aux commandes sans céder sous la charge. Tyler Csatari précise : « Le défi réside dans le couple. Plus un bras s'étend, plus la base doit fournir de force pour le soutenir. »

Le développement de l'exosquelette exigeait également qu'il soit portable, mais la présence de moteurs à chaque articulation aurait augmenté le poids et la complexité, créant ainsi de nouveaux points de défaillance. Par conséquent, la conception devait trouver un équilibre entre la transmission des forces, la répartition du poids et la maniabilité, tout en respectant un encombrement limité.

Tyler Csatari a contourné ces contraintes grâce à un système à câbles entièrement modélisé dans SOLIDWORKS Design®. Au lieu de placer des moteurs au niveau de chaque articulation, il a fait passer des câbles en Kevlar à travers une chaîne de vertèbres imprimées en 3D, reliées à des moteurs fixés sur une plaque arrière.

Chaque bras fonctionne grâce à trois câbles commandés, ce qui permet un mouvement multiaxial tout en limitant le poids au strict minimum. L'architecture à poulies répartit les forces plus efficacement, réduisant ainsi la charge requise à la base tout en conservant l'amplitude de mouvement. La flexion, la cinématique et la durabilité ont dû être prises en compte pour ce dispositif portable et ses composants.

Tyler Csatari a modélisé numériquement chaque composant avant l'impression, y compris les charnières, les interfaces des roulements et les structures de montage. Cela lui a permis d'affiner le comportement de mouvement et les relations structurelles avant la fabrication.

Tyler Csatari préfère SOLIDWORKS pour plusieurs raisons : « C'était plus accessible. On pouvait travailler hors ligne comme en ligne. Il y a tellement d'outils différents que ça m'a tout simplement semblé être le choix idéal. »

Il ajoute avec enthousiasme : « La capacité [de SOLIDWORKS] à modeler la forme que l'on a en tête constitue le moyen le plus rapide de passer de l'idée au résultat concret que l'on souhaite obtenir. »

Du concept au système opérationnel

L'utilisation de SOLIDWORKS a permis à Tyler Csatari de mettre en place un flux de travail rigoureux, dans lequel les décisions de conception liées au développement de l'exosquelette étaient prises numériquement plutôt que physiquement. Au lieu de réaliser de nombreux prototypes successifs, Tyler Csatari a validé les concepts structurels, les trajectoires de mouvement et les relations entre les composants dans le modèle CAO avant de passer à la fabrication physique.

Tyler Csatari ajoute : « J'ai lancé [le projet d'exosquelette] lorsque j'ai commencé à vraiment maîtriser SOLIDWORKS. J'ai découvert de nombreuses fonctionnalités qui rendent la conception 10 fois plus rapide et 10 fois plus facile. »

Cette approche, appliquée tout au long du processus de conception, a permis de réduire les reprises et de gérer la complexité du système, composé de multiples mécanismes et sous-systèmes en interaction. La conception à câbles illustre parfaitement comment la modélisation a permis de trouver une solution ingénieuse pour obtenir un mouvement contrôlé sans surcharger la structure mécanique finale de matériau superflu.

Le flux de travail a également permis d'accélérer le développement. Tyler Csatari souligne que, grâce à SOLIDWORKS, des conceptions autrefois jugées complexes ont pu être mises en œuvre rapidement une fois modélisées. Le modèle est devenu la pierre angulaire du projet, définissant la géométrie, le comportement et la logique d'assemblage avant même que la moindre pièce ne soit physiquement produite.

Les fondements de la conception numérique

Le projet de Tyler Csatari démontre que lorsque les problèmes de conception sont résolus numériquement en amont, la mise en œuvre devient beaucoup plus prévisible. SOLIDWORKS accompagne cette évolution en permettant aux constructeurs et aux créateurs de définir, de tester et d'affiner des systèmes mécaniques complexes avant le début de la fabrication.

Le prototype virtuel de SOLIDWORKS permet aux utilisateurs d'explorer rapidement différentes alternatives de conception et d'identifier plus tôt les bonnes et les mauvaises idées, ce qui optimise l'innovation. Des fonctionnalités telles que la détection des interférences et la possibilité de simuler des mouvements pour éviter les collisions ont aidé Tyler Csatari à concrétiser ses idées plus rapidement et plus efficacement.

SOLIDWORKS peut augmenter vos chances de voir vos idées se transformer en matériel fonctionnel et attrayant dès votre première réalisation.