optimisation topologique

L’optimisation topologique

L’un des avantages de l’impression 3D est qu’elle permet de fabriquer des objets aux formes complexes. Il devient alors très intéressant de combiner la méthode des éléments finis qui permet de calculer numériquement le comportement d’un objet soumis à des contraintes et la fabrication additive, c’est ce qu’on appelle l’ optimisation topologique et l’impression 3D.

L’objectif de réaliser une optimisation topologique d’une pièce est en général de réduire sa masse par exemple pour l’industrie aérospatiale et/ou de maximiser sa résistance mécanique.

L’ optimisation topologique consiste donc à trouver la répartition de matière idéale dans un volume donné soumis à des contraintes.

La preuve par l’exemple

support moteur avant optimisation topologiqueGeneral Electric, 3DSystems (fabricant d’imprimantes 3D) et Frustum (développeur de logiciels) ont réalisé un support moteur en métal 70% plus léger que les supports moteurs existant grâce à l’optimisation topologique et l’impression 3D métal. Dans la fabrication d’avions, les techniques de fabrication dites « classique » comme l’usinage sont toujours largement utilisées, les ingénieurs doivent donc régulièrement faire des compromis entre la fonction de la pièce, son poids, le temps de fabrication et les performances. Spécialement dans les domaines de l’aérospatial et l’aéronautique, le poids a une importance cruciale.

Une réduction de 500 grammes dans un Boeing 737 permet d’économiser des centaines de milliers d’euros de carburant par an.

exemple d'optimisation topologique par GEEn utilisant un logiciel d’optimisation topologique spécialement conçu pour l’impression 3D métal développé par Frustum, 3DSystems a imprimé un support moteur qui répond à toutes les exigences fonctionnelles de GE et surtout 70% plus léger que le modèle initial. Les concentrations de stress ont été particulièrement réduites grâce à des surfaces lisses et mélangées.

Les zones en rouge sur la photo ci-dessous correspondent aux zones soumises à de fortes contraintes par opposition aux zones blanches qui ne sont soumises à aucune contrainte.

optimisation topologique 2

 

 » Sur la base d’une conception classique de la pièce existante, notre logiciel a produit automatiquement la géométrie optimisée pour la fabrication additive, sans avoir besoin de faire de remodelage, » explique Jesse Blankenship, Directeur de Frustum.

simulation contraintes support moteur avionLe fichier de Frustum a été utilisé afin de déterminer le matériau le plus adapté aux contraintes subit par la pièce, les tolérances et l’orientation de la pièce lors du processus de production, avant d’être imprimées en 3D en titane sur l’imprimante 3D Systems ProX ™ DMP 320 disponible depuis Janvier 2016.

 » Ceci est le genre de projet qui devrait être une véritable révélation pour les entreprises de l’automobile et de l’aérospatiale, où la réduction du poids est la pierre angulaire de leurs activités de conception, d’ingénierie et de fabrication », a déclaré Jonathan Cornelus, responsable développement chez 3DSystems.

Ce dernier fait valoir également que l’impression 3D et l’optimisation topologique permettent de réduire le nombre d’assemblage de pièces puisque ces pièces peuvent faire partie d’une seule et même pièce optimisée et imprimée en 3D d’un seul bloc, ceci réduirait grandement les risques de défaillances consécutives aux assemblages de pièces.

 

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