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Un produit optimisé pas à pas

Haute qualité des composants grâce à la simulation en impression 3D pour l’Additive Manufacturing. De l'optimisation de la topologie à la simulation de processus.

 

Logiciel de simulation pour l’impression 3D ou l’Additive Manufacturing

Le logiciel Ansys vous aide à imprimer en 3D des pièces de grande qualité grâce à l’optimisation des paramètres pour réduire les distorsions et obtenir un résultat conforme.

Introduction à la simulation pour la fabrication additive

Explorez et évaluez les diverses possibilités de processus d’impression 3D en utilisant la simulation. Identifier les points critiques des composants et, ainsi, éviter les pertes en apportant des ajustements amont à la conception du composant ou pendant le process d’impression.

Impression 3D

Ces dernières années, l'impression en 3D a été adoptée par l'industrie et un véritable engouement s’est développé pour cette technique. Les pièces imprimées ne sont pas seulement utilisées dans l'industrie automobile et aérospatiale ; les petites et moyennes entreprises comptent également de plus en plus sur la fabrication d'additifs. L'avantage est évident : les prototypes ainsi que les pièces de série peuvent être fabriqués dans un délai très court - généralement quelques jours - sans avoir recours à la fabrication de moules coûteux. L'intégration de nombreuses fonctions dans un seul composant ou la combinaison d'ensembles entiers en une seule impression peut également permettre de gagner beaucoup de temps et d'argent tout au long du processus.

24%

Estimation du taux de croissance jusqu’en 2023

L'impression 3D en métal (Source: additive-manufacturing-report.com)

L'impression 3D en métal est une méthode de fabrication de composants, principalement à partir de poudre par l'ajout de couches de minuscules pistes de soudure. Cette méthode permet de créer des géométries impossibles à produire de manière conventionnelle ou alors de façon très coûteuse.

Votre personne de contact au CADFEM
Application Engineer
PhD Ingénierie mécanique Mickaël Gay

Simulation pour la fabrication d'additifs

Une des clés du succès pour rendre la fabrication additive rentable, c’est l'utilisation de logiciels de simulation. Étant donné que des impressions incorrectes peuvent impacter durement le budget prévu en raison des coûts de revient des machines, il est logique d'utiliser des simulations lors du développement du produit pour identifier les points critiques du composant pendant le processus d'impression. Il est possible d'éviter les pertes en apportant des ajustements amont, à la conception du composant ou pendant le process d’impression. Grâce à ses outils de simulation, Ansys offre à l'utilisateur un soutien efficace pour l'optimisation de la conception et la fabrication additive (DfAM) et garantit une réduction des coûts de développement et de production.

75%

de reduction de poids

avec la simulation
25%

de réduction de espace de design

par l’optimisation topologique

Optimisation topologique

L'optimisation topologique permet d'optimiser la forme d'un composant en tenant compte de ses propriétés mécaniques. Par exemple, il devient possible de concevoir des pièces plus légères sans perte de rigidité. Les composants allégés par l’optimisation topologique sont souvent utilisés dans l'aérospatiale, l'automobile et d'autres domaines de la construction mécanique. L'optimisation topologique avec Ansys permet des calculs rapides, même avec une sélection élevée de conditions limites et de nombreuses surfaces, ne nécessitant qu'un minimum de post-traitement.

Avantages de l'optimisation de la topologie

  • Définitions objectives : par exemple, la rigidité, le poids, le matériau
  • Construction allégée - composant plus léger avec une rigidité égale ou supérieure
  • Intégration des fonctions
  • Les contraintes de fabrication peuvent être prises en compte lors de l'optimisation
  • Calcul rapide et surfaces faciles à utiliser sans post-traitement important

Comment fabriquer un composant métallique topologiquement optimisé ?

Pour obtenir un composant de haute qualité, il est nécessaire d'effectuer avec soin plusieurs étapes dans la préparation des données. Cela commence par la position optimale du composant dans l'imprimante 3D, suivie de la détermination des structures de support nécessaires à l'impression 3D en métal et enfin de la simulation l'impression afin d'anticiper les erreurs telles que les contraintes importantes, les déformations ou les collisions. Finalement, les données 3D peuvent être exportées dans un format de données de couche 2D.

  • Orientatio
  • Structures de soutien
  • Distorsion (y compris la prédistorsion)
  • Contraintes
  • Exportation au format layer data

Comment déterminer les paramètres optimaux du processus d'impression 3D sur métal ?

Des paramètres adaptés aux matériaux pour l’impression 3D sont la clé du succès du processus. Seule la bonne combinaison de la puissance du laser, de la vitesse du laser et de la distance garantit le succès. Le logiciel de simulation d'Ansys permet d’éviter les tâtonnements coûteux. Des méthodes telles que la « single bead », la porosité, l'historique thermique et la prédiction de la microstructure sont utilisées pour déterminer à l'avance les combinaisons optimales de paramètres.

Produits pour la simulation AM

Exemple d'application pour les concepteurs et les fournisseurs de services

Si vous êtes un concepteur ou un prestataire de services - vous trouverez là une application pratique de la simulation pour la fabrication additive.

L'application de la simulation dans le développement de produits augmente la qualité des produits et réduit les coûts de développement. La société GKN a optimisé la topologie d’une manivelle de pédalier de vélo pour obtenir la forme optimale. Une fois la forme grossière trouvée, le composant été positionné de façon optimale, garantissant une impression sans distorsion.  Enfin, la conception produit a été étudiée pour l'impression 3D en tenant compte des détails les plus fins, en déterminant l'orientation et les structures de support. Les phases critiques de l’impression 3D ont ensuite été identifiées à l'aide de simulations permettant de modifier les composants, si nécessaire. Dans une dernière étape, les « 2D layer data » ont été exportées, permettant à la machine l'impression 3D de la pièce. La simulation ainsi soutenu le développement à de nombreuses étapes décisives, permettant au développeur d’examiner la conception à différentes phases et faire des améliorations à un stade précoce.

Le prestataire de services de fabrication additive reçoit de ses clients la géométries CAO composants à imprimer. Il doit produire ces composants le plus rapidement possible sans modifier la géométrie. Une erreur d'impression peut s'avérer très coûteuse, en particulier dans le cas de nouvelles géométries ou de composants fabriqués à partir de matériaux coûteux. C'est pourquoi il est utile de simuler le processus de fabrication après avoir déterminé le positionnement et le support du composant. Ainsi, les éventuelles déformations, contraintes élevées ou collisions seront anticipées pour décider d’une orientation différente, un support plus important ou modifier les paramètres du processus. En outre, une géométrie automatiquement pré-déformée par la simulation prenant la forme souhaitée pendant le processus d'impression peut faire gagner beaucoup de temps aux prestataires de services.

Développement d'une conception et d'un agencement résistant aux vibrations d'une manivelle de bicyclette fabriquée selon le procédé fusion sélective au laser (SLM), y compris une comparaison avec le test des composants.

GKN Powder Metallurgy est un fabricant mondial de composants métallurgiques en poudre et de poudres métalliques. La division Additifs de GKN se concentre sur les procédés de fabrication d'additive, tels que le jet de liant et la fusion sélective au laser et offre un éventail complet de services allant de la production de poudre, à la fabrication à la demande de composants répondant aux exigences de fatigue. Les composants fabriqués sont des prototypes, des petites séries et des composants pour le marché des pièces de rechange. Dans ce cas d'utilisation, une manivelle de vélo sert d'exemple pour un composant chargé cycliquement. La conception et le dimensionnement de la manivelle sont décrits en ce qui concerne la production en utilisant le procédé de fusion sélective au laser. La génération des données nécessaires à la conception et au dimensionnement des pièces soumis à des contraintes cycliques, par exemple selon la directive FKM, sera également décrite. Le cas d'utilisation se termine par une validation comprenant un essai du composant sur un banc d'essai servo-hydraulique.

Vous avez des questions sur fabrication d'additifs ?

Pour plus d'informations. nous sommes à votre disposition. S'il vous plait contactez nous via le formulaire.

 

Séminaires CADFEM sur le thème de la fabrication additive

Séminaires condensés pour apprendre à développer des "Design for Additive Manufacturing" (DfAM) optimisées, en tenant compte de tous les points du processus, telles que l'orientation, les supports, la préparation de la production ou la distorsion thermique.

Webinaires du CADFEM sur la fabrication d'additifs

Nos webinaires gratuits vous donneront un aperçu de la mise en œuvre efficace des procédés de fabrication d'additifs et des possibilités de simulation des composants.

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