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Impressions 3D virtuelles
Utilisation de la simulation du processus de fabrication additive pour prévoir et compenser les distorsions dans une matrice de laminage imprimée en 3D

Simulation du processus de fabrication additive d'une matrice de laminage à l'aide d'Ansys Additive Print

Secteur: Construction de machines et d’installationsDiscipline: Mécanique des structures

La fabrication additive sur lit de poudre métallique est un procédé qui permet une grande liberté de conception. Cependant, les cycles rapides de chauffage et de refroidissement au cours du processus de fabrication par couches entraînent des distorsions, qui peuvent provoquer des échecs de fabrication et avoir un impact négatif sur les performances des pièces. La simulation peut aider à prédire et à compenser ces distorsions afin de gagner du temps et de réduire les coûts liés à l'échec des impressions.

Résumé

Tâche

Les déformations d'une matrice de laminage imprimée en 3D doivent être simulées à l'aide d'un flux de travail de simulation Ansys Additive Print. Une impression précédente a montré une déformation plus importante que celle autorisée, que la simulation doit permettre de prévoir et de compenser afin de permettre une impression dans les tolérances.

Solution

Après le calibrage de l'approche de simulation des déformations inhérentes dans Ansys Additive Print à l'aide d'une pièce de calibrage en porte-à-faux, la matrice de laminage de conception actuelle a été simulée et comparée à des pièces déjà imprimées. Les distorsions prédites correspondaient à l'impression réelle. Ces distorsions ont été mappées négativement sur la géométrie CAO originale et ainsi compensées. Après vérification par une simulation supplémentaire du processus d'impression, une impression réelle de la pièce a été effectuée. Cette nouvelle pièce a montré une amélioration significative des distorsions d'un ordre de grandeur inférieur à celui de la pièce précédente et dans les limites de la tolérance.

Avantages clients

En étendant le processus de fabrication additive et en introduisant une impression virtuelle par simulation numérique avant l'impression réelle d'une pièce, il sera possible de réduire considérablement le nombre d'impressions d'essai et d'échecs d'impression potentiels. La fonction de compensation permet une réduction notable des itérations mesurées. distorsions, ce qui permet d'obtenir des pièces dans les limites de tolérance sans fabrication coûteuse.

Détails du projet

Tâche

Hilti Corporation est une société multinationale du Liechtenstein qui fournit des produits, des services et des logiciels aux utilisateurs finaux professionnels de la construction. Pour produire ses éléments de fixation et ses ancrages métalliques différenciés, elle a besoin d'outils très performants. La fabrication actuelle des outils à l'aide de technologies soustractives présente certaines limites de conception et peut s'avérer longue et coûteuse. Afin de surmonter ces limites, la fabrication additive a été examinée dans le cadre d'un projet de l'Ostschweizer Fachhochschule OST en collaboration avec Hilti. La fabrication additive sur lit de poudre métallique est un procédé de fabrication qui peut permettre une liberté de conception pratiquement illimitée - la complexité gratuitement. Cependant, les cycles rapides de chauffage et de refroidissement au cours du processus de fabrication par couches provoquent des contraintes et des distorsions internes, qui peuvent entraîner des défaillances et avoir un impact négatif sur les tolérances et les performances des pièces. La simulation numérique de la fabrication peut améliorer la compréhension du processus et aider à développer des stratégies d'atténuation pour permettre des fabrications réussies du premier coup et éviter les échecs d'impression par tâtonnement, ce qui, à son tour, réduit considérablement le coût de production. Dans ce projet particulier, les distorsions d'une matrice de laminage imprimée en 3D ont été simulées à l'aide d'un flux de simulation Ansys Additive Print. Une impression précédente avait montré une déformation plus importante que celle autorisée, que la simulation a permis de compenser avec succès afin de permettre une impression dans les tolérances.


Avantages clients

Une simulation prédictive du processus de fabrication additive par fusion laser sélective d'une matrice de laminage à l'aide d'Ansys Additive Print a été utilisée pour évaluer et compenser avec succès la distorsion excessive de l'impression réelle. En étendant le processus de fabrication additive et en introduisant une impression virtuelle via la simulation numérique avant l'impression réelle d'une pièce, il sera possible de réduire considérablement le nombre d'impressions d'essai et d'échecs potentiels d'impression. La fonction de compensation permet une réduction notable des distorsions mesurées, ce qui permet d'obtenir des pièces dans la tolérance sans itérations de fabrication coûteuses.


Solution

Le processus de fabrication additive a été simulé dans ANSYS Additive Print. La méthode de simulation utilisée est basée sur l'approche de la déformation inhérente, qui suppose une déformation de retrait de base pendant le processus d'impression et doit être calibrée en fonction des réglages spécifiques de la machine. À cette fin, une pièce d'étalonnage en porte-à-faux a été imprimée avec le réglage exact de la machine qui sera utilisé pour la pièce réelle, ainsi que simulée. La mesure de la pièce réelle et de la pièce virtuelle après l'impression et la comparaison de ces mesures permettent d'obtenir un facteur d'échelle, qui étalonne la simulation par rapport à l'impression réelle. Grâce à ce facteur d'étalonnage, la matrice de laminage a pu être imprimée virtuellement dans Ansys Additive Print. Après avoir vérifié que les distorsions prédites correspondent à l'impression réelle de la filière, ces distorsions peuvent être automatiquement transposées négativement sur la CAO nominale, et donc compensées. Une simulation supplémentaire de la géométrie précompensée a été effectuée afin de valider le facteur de compensation. Une impression réelle finale de la matrice précompensée a montré une amélioration significative des distorsions, qui étaient d'un ordre de grandeur plus petit qu'avant et dans la tolérance.

Images: © OST


Application Engineer
Dr. sc. ETH Manfred Maurer

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