Améliorer en continu les processus d'ingénierie virtuelle en validant la microstructure des composites avec des CT scans de pièces fabriquées e-Xstream : estimer les coûts de l'impression 3D

Auteur / Rédacteur: Source : e-Xstream engineering / Jérémy Gonthier

e-Xstream engineering lance un nouvel outil de simulation et de fabrication virtuelle permettant aux utilisateurs de déterminer la différence de coûts de production de pièces polymères, selon que l'on applique la fabrication additive ou un processus classique.

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Analyse de coûts de production à l'aide du système de fabrication additive Digimat.
Analyse de coûts de production à l'aide du système de fabrication additive Digimat.
(Source : e-Xstream)

La fabrication additive de composites a le vent en poupe parce qu'elle permet d'automatiser la réalisation de composants plus robustes et plus légers que ceux en métal, et d'utiliser un traitement spécial (par ex. un polymère continu renforcé de fibres) pour le substrat.

Avec la toute nouvelle version du logiciel Digimat, les entreprises peuvent simuler le processus d'impression 3D et calculer le coût total de production de chaque pièce, y compris l'utilisation de la matière, la main-d'œuvre, l'énergie et les étapes de post-traitement nécessaires.

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Grâce à ce nouvel outil, un ingénieur peut avoir une vue globale des processus de production de pièces et de finition, pour déterminer la meilleure chaîne de processus. D'une manière cruciale, il peut aussi être utilisé pour optimiser des traitements par lot, afin de permettre d'imprimer le plus de pièces possible en parallèle, en augmentant la capacité de production et en réduisant le délai de commercialisation.

Cet outil peut aussi intervenir dans la planification de la production pour tenir compte du coût de revient total des machines et pour amortir ces frais sur les volumes de fabrication projetés. L'utilisateur visualise cette information à travers des tracés et des diagrammes circulaires. On peut donc facilement analyser la décomposition des coûts en fonction d'un scénario. On prévoit que la demande globale en impression 3D augmentera à $ 1,7 milliard d'ici 2030, mais les applications sont limitées en raison des défis techniques.

Comme l'orientation des fibres change à travers les zones de la pièce, cela a un effet considérable sur la performance mécanique.

Cette information peut aider les ingénieurs à résoudre des problèmes de qualité et à améliorer considérablement la précision des prévisions de performance. Les fabricants ont maintenant la possibilité de réaliser un CT scan d'une pièce et d'importer l'image RAW 3D pour créer un modèle par éléments finis de sa microstructure à deux phases (par ex. polymère renforcé de fibre de carbone) dans Digimat et modéliser son comportement.

En intégrant ce modèle de matériau validé dans ses outils d'ingénierie assistée par ordinateur (IAO), un ingénieur de conception peut réaliser des analyses qui tiennent compte de variations dans une pièce fabriquée, pour réduire le matériau utilisé ou éviter des défaillances.

La combinaison de mesures physiques et d'essais virtuels améliore aussi la précision de l'ingénierie des matériaux par modélisation intégrée (ICME) lors de l'introduction d'un nouveau système. La performance de la pièce peut être comparée au processus simulé pour valider et certifier le modèle de matériau. La validation par CT scan aide aussi les professionnels des matériaux à affiner les modèles de microstructure réalisés manuellement, pour améliorer la précision de futures simulations.

Lors de l'optimisation de nouveaux processus de fabrication, les utilisateurs peuvent acquérir des informations sur la pièce, le matériau, l'imprimante 3D, le processus ou les tests physiques, en utilisant la gestion de cycle de vie de matériel. Le logiciel Material Center d'e-Xstream engineering établit une base de données traçable, validée de ces propriétés de matériau sûres, afin qu'elles puissent être utilisées dans la phase de conception d'un produit.

La gestion de cycle de vie permet de documenter facilement des processus à l'intérieur d'équipes multidisciplinaires et de partager à travers une entreprise de précieuses connaissances réexploitables par des utilisateurs autorisés.

La prévision du comportement de matériau d'une microstructure à CT scan est un processus informatique intensif. L'analyse d'un comportement complexe tel que le fluage d'une microstructure ayant fait l'objet d'un CT scan peut par exemple durer plusieurs jours si l'on utilise uniquement des unités centrales (CPU). En optimisant ces processus pour les unités de traitement graphique (GPU), l'ingénieur peut maintenant exécuter certaines tâches de façon interactive parce que les résultats sont disponibles en quelques minutes.

Les comparaisons montrent que le temps nécessaire pour analyser la rigidité d'un matériau est réduit de 98 %. Combiné à l'introduction d'une nouvelle interface de ligne de commande, ce temps d'analyse rapide permet l'utilisation de modèles par éléments finis Digimat dans le cadre de flux d'optimisation automatisés basés sur le cloud sur des plateformes de calcul de haute performance.

Lors de la fabrication de structures de haute performance, telles que les composants aéronautiques à partir de composites, le modèle d'analyse de défaillance progressive (PFA) permet de définir des marges de sécurité pour une structure et d'exploiter le mieux possible des matériaux et processus onéreux.

La toute nouvelle version de Digimat réalise ces analyses de modèle Camanho complexes deux fois plus rapidement, en permettant d'effectuer une étude paramétrique pour définir les tolérances incorrectes et augmenter le rendement. MSM

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