Les procédés de fabrication additive offrent d'excellentes possibilités pour fabriquer des éléments de construction légers. Les restrictions liées au procédé dans la production traditionnelle ne sont plus déterminantes pour la conception et la production.
Économiser du matériau et du poids pour obtenir des composants à la structure optimisée est, selon le domaine d'application, un facteur important dans la construction de machines et d'installations. Les pièces doivent résister à des contraintes extrêmes, avoir une longue durée de vie et répondre à des critères économiques. Lorsque la forme optimale des pièces est limitée par les méthodes de production traditionnelles comme le tournage, le fraisage ou le moulage par injection, la fabrication additive offre une solution. Grâce à une optimisation de la topologie, il est possible de fabriquer des pièces en construction légère en 3D, ce qui n'aurait jamais été possible avec les méthodes traditionnelles.
Pour l'optimisation de la topologie, il est important de connaître précisément toutes les propriétés dont un composant a besoin. Cela permet d'éviter une conception erronée. L'optimisation d'une pièce peut être effectuée à la main dans sa version simple. Pour un ingénieur, il est évident de savoir où la géométrie d'une pièce peut être optimisée si, lors du processus de fabrication, l'impression 3D n'impose presque aucune limite par rapport aux méthodes traditionnelles. Mais si la pièce doit être optimisée parfaitement et rapidement, il est indispensable de recourir à un logiciel approprié.
Lors de l'optimisation de la topologie à l'aide d'un logiciel, l'algorithme calcule la tension et la déformation d'une pièce sous charge. Pour cela, on utilise des méthodes numériques, par exemple la méthode des éléments finis (FEM), qui divise la forme d'un composant en de nombreux parallélépipèdes et tétraèdres afin de pouvoir calculer les propriétés physiques. Un modèle poreux et fissuré est d'abord conçu à partir de la pièce initiale, une sorte de structure osseuse qui sert d'aide à la conception. Ce modèle est ensuite optimisé en plusieurs étapes : La pièce est définie en simulant les cas de charge, c'est-à-dire l'endroit où la force et la traction s'exercent, leur intensité et leur direction. Les zones fortement sollicitées contiennent du matériau. Dans les zones qui ne sont pas sous tension, le matériau est supprimé. C'est ainsi que l'on obtient des éléments de construction avec des cavités, des ouvertures, des structures en nid d'abeille et autres.
Les optimisations les plus importantes sont les suivantes :
La pièce d'origine était remplie de matière, après optimisation de la topologie, on a obtenu une pièce avec beaucoup moins de matière et une structure inédite.
Les pièces dont la structure a été optimisée doivent être testées sur le terrain afin de déterminer si elles répondent aux attentes. C'est à cette étape qu'intervient un autre avantage de l'impression 3D : il est possible de produire rapidement et facilement des pièces uniques ou des prototypes. L'application montre alors si des optimisations supplémentaires et une nouvelle construction sont nécessaires et utiles.
La fabrication additive combinée à l'optimisation de la topologie : aucun autre procédé ne permet d'optimiser autant le poids et la rentabilité des pièces.
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