L'expert d'Altair, Ravi Kunju, discute du logiciel de simulation avancé pour l'impression 3D

Parvenir à un flux de préparation de conception plus simple et plus rapide est une quête constante au sein de l'industrie de l'impression 3D. La conception pour la fabrication additive est un processus complexe, avec ses défis et opportunités uniques.

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‍ Par conséquent, des outils pertinents sont nécessaires pour permettre aux ingénieurs de tirer pleinement parti de la flexibilité de conception de la fabrication additive. Altair fait partie de ces sociétés qui développent ces solutions. Altair est une entreprise technologique mondiale qui fournit des solutions logicielles et cloud dans les domaines du développement de produits, du calcul haute performance et de l'analyse de données.

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Dans l'entretien d'experts de cette semaine, nous discutons avec Ravi Kunju, vice-président principal du développement commercial et de la stratégie, conception basée sur la simulation, chez Altair. Avec Ravi, nous en apprendrons davantage sur l'outil logiciel Altair Inspire Print3D récemment lancé, l'état actuel des logiciels de simulation pour l'impression 3D, et explorerons certaines des applications de FA passionnantes rendues possibles par les solutions Altair.

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Pourriez-vous nous parler un peu d'Altair et des défis que vous résolvez ?

Nous sommes une entreprise technologique mondiale qui fournit des solutions logicielles et cloud dans les domaines de la conception et du développement de produits, du calcul haute performance et également de l'analyse de données.

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Notre vision, et ce que nous faisons depuis plus de 30 ans que nous sommes en affaires, est de transformer la prise de décision en matière de produits et d'affaires grâce à notre technologie de simulation, nos solutions d'analyse de données, ainsi que nos solutions d'optimisation de conception de pointe.

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Je suis responsable des produits de conception basés sur la simulation pour Altair.

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Vous avez récemment lancé le logiciel Altair Inspire Print3D. Pourriez-vous expliquer les différentes solutions logicielles que vous proposez ?

Altair Inspire Print3D n'est qu'une des nombreuses solutions que nous proposons. Altair est un leader dans le domaine de l'optimisation depuis de nombreuses années. Nous avons des clients qui utilisent notre technologie d'optimisation pour créer leurs conceptions pour toutes sortes de méthodes de fabrication, qu'il s'agisse de formage de tôles, de moulage, d'extrusion ou de moulage par injection. Ils utilisent également notre technologie pour mieux comprendre les exigences de performance et créer des conceptions génératives spécifiquement pour un processus de fabrication. Dans ce contexte, il est important de comprendre les deux extrémités du spectre. L’un est ce qui détermine la conception et l’autre est ce qui se passe une fois que vous avez une conception que vous souhaitez fabriquer. Ces éléments sont réunis sur notre plateforme. L’une des choses que nous avons faites avec notre plateforme Inspire est de mettre en avant le processus de conception basé sur la simulation et de permettre aux concepteurs de comprendre et de piloter très facilement les conceptions, tout en étant parfaitement conscients du processus de fabrication. Puisqu'il n'est pas prudent de séparer le processus de fabrication des exigences de conception, nous les avons tous regroupés dans un seul environnement via notre plateforme.

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Ainsi, Inspire Print3D se concentre sur deux choses. La première est que, sous la plate-forme Inspire, elle permet à nos utilisateurs de générer des conceptions spécifiquement pour n'importe quel processus de fabrication additive; en utilisant des règles de fabrication spécifiques (contraintes) qui conduisent la conception à répondre au processus de fabrication. La deuxième consiste à prendre toutes les exigences de performance et à les combiner, et à utiliser des méthodes numériques avancées pour générer automatiquement une conception pour la fusion sélective au laser (SLM), le dépôt par fusion (FDM), le jet de liant (MJF) ou la fabrication additive à arc filaire (WAAM).

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Ainsi, le module Print 3D vous permet non seulement de générer la conception, mais aide également à valider virtuellement les performances de la nouvelle conception que vous avez créée.

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Simulation par le logiciel Inspire Print3D d'Altair [Crédit image :Altair]

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La première version de Print3D permet à l'utilisateur de simuler le processus de fusion laser sélective. Une simulation thermomécanique avancée est intégrée dans cet environnement pour évaluer tous les problèmes de fabrication pouvant survenir lors de l'impression 3D, comme la distorsion, les contraintes élevées et les ruptures qui y sont associées. Les concepteurs peuvent générer la conception, ajouter les structures de support et résoudre tous les problèmes dans un seul environnement avant de passer à l'impression. Le plus grand avantage que nous constatons est qu’aujourd’hui, si vous regardez ce que font les clients en matière de fabrication additive, ils ont généralement une approche sous-optimale pour créer une conception optimale. De plus, une fois qu’ils ont élaboré une conception, ils essaieront de mettre en place des structures de support pour s’assurer qu’ils sont en mesure d’imprimer la pièce, puis découvriront plus tard qu’ils ont des problèmes. Pour toutes ces étapes, il existe des solutions logicielles distinctes.

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Altair élimine tout cela en permettant aux utilisateurs de concevoir et d'évaluer une pièce dans un seul environnement. Il est bien connu qu’environ 45 % du coût associé à la FA métallique aujourd’hui peut être attribué au retrait du support. L'utilisation efficace de nos règles de conception (contraintes) permet aux utilisateurs finaux de créer des conceptions comportant un support minimal ou nul. Nous permettons également aux utilisateurs de créer une structure de support, de comprendre son efficacité grâce à la simulation thermomécanique ; dans lequel nous pouvons simuler la construction, le refroidissement, le retrait du support, prédire le retour élastique ultérieur et la distorsion associée et éviter les défaillances en aval. C'est ce que fait Inspire Print3D :il permet aux utilisateurs finaux d'imaginer, d'évaluer et de valider votre conception, dans un seul environnement. Altair Inspire aide ainsi nos utilisateurs finaux à créer des conceptions légères et performantes tout en améliorant simultanément la productivité.

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Comment décririez-vous l'état actuel des logiciels de conception, de simulation et d'optimisation de topologie pour la FA ?

Altair est le leader de l'optimisation topologique et de la conception générative depuis plusieurs années, non seulement pour les procédés additifs, mais pour tous les processus de fabrication. Nous avons plus de 5 000 clients qui utilisent quotidiennement nos produits pour créer des designs optimaux. Mais tous les outils de conception générative ne se ressemblent pas. Nous disposons des meilleures méthodes numériques pour résoudre les problèmes clés et nous sommes les seuls à prendre ensemble différents critères de performance et cas de charge et à les combiner avec des contraintes de fabrication, pour créer des conceptions très spécifiques à ce processus de conception. Afin de piloter et de générer une conception, deux choses doivent être bien comprises :les exigences de performance et le processus de fabrication. Par exemple, si vous faites du moulage de métal et que vous ne souhaitez pas avoir de noyaux, qui sont sacrificiels et coûteux, ou si vous souhaitez créer une forme sans contre-dépouilles pour supprimer efficacement les motifs de la cavité de la matrice ; les bonnes contraintes de fabrication doivent être combinées avec une fabrication performante pour générer une conception légère. Il existe de nombreux outils permettant de générer une conception organique, et les gens ont tendance à penser que c'est tout ce qui est nécessaire. Mais en fait, ce n’est qu’un début, car vous voulez vous assurer de bien comprendre les processus de fabrication et quelle devrait être la conception optimale pour un processus donné. Il ne suffit pas de générer une forme optimale si vous ne comprenez pas les exigences de fabrication. Dans le domaine de la conception générative, il existe de nombreuses approches numériques que vous pouvez utiliser ; par exemple, vous pouvez perturber certaines variables de conception et générer des milliers de conceptions, puis dire :« Je vais varier toutes ces formes et tailles différentes, ce qui me donnera un millier de conceptions, évaluer chacune d'entre elles, puis identifier la meilleure. » Cela peut s'avérer sous-optimal, long et coûteux pour certaines optimisations au niveau des composants. Vous n’obtiendrez peut-être pas une bonne solution. Aujourd’hui, du côté de la simulation, la FA s’est principalement limitée au prototypage. Mais Altair s'efforce d'aider ses clients à transformer le processus pour fabriquer plus que des pièces uniques. Pouvons-nous explorer d’autres méthodologies comme le jet de liant ? Pouvons-nous explorer le moulage hybride, où vous effectuez une impression sur sable puis versez les pièces moulées dans un moule en sable ? Pouvons-nous explorer certaines de ces options pour convertir votre capacité en capacité ?

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C'est notre quête pour comprendre en profondeur les exigences uniques de fabrication. Aujourd'hui, nous sommes les leaders dans la création de pièces légères hautes performances, ainsi que d'outillage et d'assemblage, en utilisant les dernières conceptions en matière de méthodes de fabrication.

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Pouvez-vous parler de certaines des applications qui ont été réalisées, en partie grâce à votre logiciel de conception ?

Les premiers à l'adopter ont été les sociétés de satellites et d'aérospatiale, car elles ne disposaient pas de gros volumes, mais elles avaient besoin de conceptions hautement optimisées et légères. Nous avons conçu un support de télescope et d'autres supports avec EOS pour EADS où des charges complexes entraient en jeu.

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Nous travaillons également avec des constructeurs automobiles, notamment BMW, Ford, GM et une multitude d’autres entreprises à travers le monde, qui explorent la fabrication additive comme option viable pour le prototypage. Si je le décompose, nous voyons non seulement l’impression 3D directe, mais également une abondance de fabrication hybride, où la fabrication traditionnelle est combinée à la fabrication additive. Ce que je veux dire par là, c'est, par exemple, l'impression 3D au sable de noyaux et de moules pour le moulage.

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Le deuxième domaine concerne les moules pour le moulage par injection plastique. Il est important que l'ensemble de moule qui forme la cavité ne se sépare pas pendant le cycle de pressurisation, provoquant des bavures qui doivent être éliminées. L'ensemble du moule peut être optimisé structurellement à l'aide d'une conception générative pour maintenir l'intégrité sous les charges. En plus de l'optimisation structurelle, nous pouvons également optimiser l'extraction de chaleur avec des lignes de refroidissement conformes qui entourent les régions nécessitant un refroidissement rapide. De telles structures organiques sont idéales pour l’impression 3D. Nous travaillons avec PROTIQ sur ces exemples, où vous pouvez passer de presque 9 secondes de temps de cycle à 3 secondes. Ainsi, si vous fabriquez un million de pièces par jour, vous pouvez alors fabriquer 3 millions de pièces par jour. Cela signifie que vous pouvez multiplier par trois votre productivité, en optimisant le moule pour le processus de moulage par injection.

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Nous travaillons également avec l'industrie de la robotique, qui a de nombreuses applications où l'optimisation de la conception et l'impression 3D sont utilisées pour les préhenseurs robotisés en bout de bras. Les pinces ont tendance à s'user très rapidement et doivent donc être remplacées immédiatement pour éviter toute interruption de la chaîne de montage. Pour les structures extrêmement grandes, nous avons récemment collaboré avec MX3D sur un bras robotique imprimé en 3D. MX3D est une société d'impression 3D qui utilise une technologie exclusive basée sur l'arc filaire pour produire de grandes structures métalliques.

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RobotArm de MX3D optimisé à l'aide du logiciel Altair [Crédit image :Altair]

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Notre logiciel MX3D optimise la conception du bras robotique afin de réduire de plus de la moitié du poids d'origine, tout en tenant compte des contraintes d'impression. Pour ce projet, nos ingénieurs ont utilisé la personnalisation de la conception générative pour trouver la forme la plus efficace pour le bras du robot imprimé en 3D. De nombreuses applications de défense peuvent également bénéficier de l'impression 3D. Par exemple, si une pièce d'un véhicule de combat tombe en panne, vous souhaitez pouvoir imprimer cette pièce localement, immédiatement, sans avoir à attendre l'arrivée d'une pièce de rechange. C'est particulièrement le cas pour les pièces existantes pour lesquelles vous n'avez peut-être pas de dessins. Nos solutions sont également utilisées dans le domaine de l’impression 3D médicale. Par exemple, Andiamo, une entreprise d’orthèses, utilise l’impression 3D pour créer des orthèses mieux ajustées. La manière traditionnelle de fabriquer une orthèse consiste à envelopper un membre du torse dans du plâtre, qui est ensuite coupé et envoyé pour une fabrication manuelle. Le processus d'Andiamo élimine le besoin de moulages en plâtre, commençant plutôt par un scan numérique 3D du corps, créant ainsi un modèle très précis sur lequel commencer la conception. Le processus implique également de nombreuses simulations pour garantir un ajustement parfait à un enfant. Nous constatons également un intérêt accru pour les procédés d’impression 3D comme le jet de liant. Nous travaillons avec certains de nos partenaires dans ce domaine, comme Desktop Metal et ExOne. Nous avons présenté des applications de jet de liant à Formnext, où nous avons parcouru tout le processus de création d'un support de vélo avec FDM, SLM, Hybrid-Casting et le processus de jet de liant.

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En regardant le secteur de manière plus générale, quels sont, selon vous, les développements clés pour 2020 ?

L’industrie évolue très vite. Chaque fois que je participe à des événements AM, il est clair que le nombre de fabricants d’imprimantes et de fournisseurs de matériaux double presque d’année en année. Avec la concurrence croissante, je suis très convaincu que les coûts vont être réduits, ce qui est actuellement très dissuasif pour la fabrication additive. Le nombre croissant de joueurs va probablement aider le consommateur final.

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Prenons l’exemple de l’industrie dentaire. C'est l'un des plus matures, car si un consommateur souhaite faire réparer une nouvelle couronne, son dentiste prend simplement un scan de la dent et envoie le scan pour qu'il soit imprimé dans 2-3 jours. Ce cycle doit également être réalisé dans d’autres secteurs. Et c'est ce vers quoi tout le monde continuera de s'efforcer en 2020.

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Selon vous, y a-t-il des défis qui doivent encore être surmontés afin d'accélérer encore l'adoption de l'impression 3D ?

Il existe un certain nombre de défis qui sont étroitement liés les uns aux autres. Le premier est le coût. Le coût est évidemment lié à la taille de la pièce et au volume de production qui déterminent le type de méthode de fabrication à utiliser. Même dans le domaine des additifs, vous souhaiterez peut-être opter, par exemple, soit pour la fusion sélective au laser, soit pour le jet de liant métallique. Le deuxième aspect est la certification. Comment pouvons-nous certifier une pièce selon qu'elle est une pièce porteuse ou une pièce critique pour la sécurité ? Et quel est le niveau de répétabilité ? Aujourd’hui, le défi est que nous ne pouvons pas contrôler les coûts et que la répétabilité est faible. Si une pièce est imprimée dans une imprimante particulière, peut-on obtenir les mêmes spécifications si cette pièce est imprimée par une autre imprimante et dans un endroit différent ? Quelles sont les chances que les pièces se comportent exactement de la même manière ? Cela pose le défi de pouvoir modéliser avec précision la physique qui se déroule au niveau micro. Cela soulève la question de savoir si les utilisateurs peuvent être sûrs que la pièce finale peut être imprimée de manière cohérente sur différentes plates-formes et emplacements. Il y a tellement de travail à faire en termes d’établissement de normes à l’échelle de l’industrie et de qualification des matériaux. Fournisseurs de matériaux, fabricants d'imprimantes, fournisseurs de logiciels :tout le monde doit se réunir pour établir certaines normes en termes de tolérances acceptables pour les pièces critiques pour la sécurité, légèrement ou fortement chargées ; en termes de respect de la porosité interne et/ou de la qualité de la surface externe. Si vous regardez l’histoire, qu’il s’agisse de fonderie, de forge ou de tôlerie, au fil des années, ils ont tous eu une association qui leur est liée, comme l’American Foundry Society, par exemple. Il existe de nombreuses organisations qui se consacrent à rassembler tout le monde et à créer des normes. Aujourd'hui, le marché de la fabrication additive explose dans tous les domaines, mais à terme, tous doivent être réunis pour créer collectivement des normes et garantir que tous les acteurs du secteur sont sur la même longueur d'onde.

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Enfin, que réserve l’année à venir pour Altaïr ?

Nous continuerons à développer davantage de solutions de simulation pour nos utilisateurs. En ce qui concerne les processus de fabrication additive, nous continuerons à développer des solutions qui aident les utilisateurs de technologies à valider le processus et à comprendre les incertitudes qui l’accompagnent. En fin de compte, nous nous concentrons sur trois piliers principaux :comprendre la performance, créer un design en combinant deux choses ; performances et le processus de fabrication lui-même. Ils doivent tous aller de pair, et nous poursuivrons notre mission d'aider nos clients à valider les performances et le processus de fabrication aussi précisément que possible pour piloter les conceptions. Nous continuerons de combiner la physique avec le calcul et les données haute performance. Nous devons tous les rassembler, car certains problèmes peuvent être résolus en comprenant la physique et d’autres doivent être résolus grâce à l’apprentissage automatique. Nous nous efforcerons de combiner toutes les technologies que nous développons pour rendre les choses plus efficaces et plus rentables pour nos clients, dans le but final de les aider à prendre de meilleures décisions et à produire des produits plus performants.