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Un produit optimisé pas à pas

Développement de pièces de haute qualité grâce à la simulation impression 3D Additive Manufacturing. De l'optimisation topologique à la simulation de procédés.

 

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

Les logiciels ANSYS vous aident à imprimer en 3D des pièces de grande qualité en les optimisants pour réduire leurs déformations 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, éviter ainsi les erreurs en apportant des ajustements en amont lors de 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 sont utilisées dans l'industrie automobile et aérospatiale, dans les petites et moyennes entreprises; Elles comptent de plus en plus sur la fabrication additive. 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 permet également de gagner beaucoup de temps et d'argent tout au long du processus industriel.

24%

Estimation du taux de croissance jusqu’en 2023

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

L'impression 3D métallique est une méthode de fabrication de pièces, principalement à partir de poudre sous forme de fines couches. Cette méthode permet de créer des géométries impossibles à produire de manière conventionnelle ou alors de façon très coûteuse.

Votre contact chez CADFEM
Application Engineer
PhD Ingénierie mécanique Mickaël Gay

Simulation pour la fabrication additive

Une des clés du succès pour rendre la fabrication additive rentable, 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, l’utilisation de la simulation lors du développement du produit permet d’identifier les points critiques pendant le processus d'impression. Il est ainsi possible d'éviter les erreurs en apportant des ajustements amont, à la conception de la pièce ou pendant le process d’impression. Grâce à ses outils de simulation, ANSYS offre à l'utilisateur des solutions efficaces 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 l'encombrement

avec 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 est 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 un nombre élevé de conditions limites et de nombreuses pièces, tout en ne nécessitant qu'un minimum de post-traitement.

Avantages de l'optimisation topologique

  • Définitions des objectifs : 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 interfaces 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, puis la définition des structures de support nécessaires à l'impression 3D métallique et enfin la simulation de l'impression, qui permet d'anticiper les erreurs telles que les contraintes importantes, les déformations ou les interférences. Finalement, les données 3D peuvent être exportées dans un format de données de couche 2D.

  • Orientation
  • Structures de support
  • Déformations
  • Contraintes
  • Exportation au format layer data

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

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 de l’impression. Le logiciel de simulation d'ANSYS permet d’éviter les essais 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 des paramètres.

Produits pour la simulation AM

Exemple d'application pour les concepteurs et les prestataires 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'utilisation de la simulation dans le développement de produits augmente leur qualité et réduit leurs coûts de développement. La société GKN a optimisé la topologie d’une manivelle de pédalier de vélo et obtenu la forme optimale. La pièce a ensuite  été positionné de façon optimale, garantissant une impression sans déformation.  Enfin, la conception du produit a été étudiée pour l'impression 3D en tenant compte des détails les plus fins, en déterminant l'orientation d’impression et les structures des supports. 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 l'impression 3D de la pièce. Les simulations réalisées à de nombreuses étapes décisives ont permis aux concepteurs d’examiner la pièce à différentes phases et de faire des améliorations par anticipation

Le prestataire de services de fabrication additive reçoit de ses clients la géométrie CAO de la pièce à imprimer. Il doit produire ces pièces 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 pièces fabriquées à partir de matériaux coûteux. C'est pourquoi il est utile de simuler le processus de fabrication après avoir déterminé le positionnement et les supports de la pièce. Ainsi, les éventuelles déformations, contraintes élevées ou interférences seront anticipées pour décider d’une orientation différente, un support plus important ou modifier les paramètres du processus d’impression.

Conception d'une manivelle de vélo fabriquée selon le procédé d’impression par fusion laser résistant aux vibrations et validation par comparaison avec des tests.

GKN Powder Metallurgy est un fabricant mondial de composants métallurgiques à partir de poudres métalliques. La division Additifs de GKN se concentre sur les procédés de fabrication dadditive, tels que la projection de liant et la fusion au laser et offre un éventail complet de services allant de la production de poudre, à la fabrication à la demande de pièces 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, une manivelle de vélo sert d'exemple pour un composant chargé cycliquement. La conception et le dimensionnement de la manivelle sont établis en utilisant le procédé par fusion laser. Le cas d'utilisation se termine par une validation e la pièce sur un banc d'essai servo-hydraulique.

Séminaires CADFEM sur le thème de la fabrication additive

Séminaires pour apprendre à développer des "Design for Additive Manufacturing" (DfAM) optimisés, en tenant compte de tous les points du processus, telles que l'orientation des pièces, le positionnement des supports, la préparation de la production ou la déformation due aux contraintes mécaniques et thermiques.

Webinaires CADFEM sur la fabrication additive

Nos webinaires gratuits vous donneront un aperçu de l'efficace des procédés de fabrication additive et des possibilités de simulation des composants.

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