L'expert d'Altair Ravi Kunju discute des logiciels de simulation avancés pour l'impression 3D

Atteindre un flux de travail de préparation de conception plus simple et plus rapide a été une quête continue 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.

Par conséquent, cela nécessite des outils pertinents pour permettre aux ingénieurs de tirer pleinement parti de la flexibilité de conception de l'AM. Altair est l'une de ces entreprises qui développent ces solutions. Altair est une entreprise technologique mondiale qui fournit des logiciels et des solutions cloud dans les domaines du développement de produits, de l'informatique à haute performance et de l'analyse de données.

Dans l'entretien d'expert de cette semaine, nous parlons avec Ravi Kunju, Vice-Président Senior Développement Commercial & Stratégie, Conception Pilotée par Simulation, chez Altair. Avec Ravi, nous en apprenons plus sur l'outil logiciel Altair Inspire Print3D récemment lancé, l'état actuel des logiciels de simulation pour l'impression 3D, et explorons certaines des applications AM passionnantes rendues possibles par les solutions Altair.

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

Nous sommes une entreprise technologique mondiale qui fournit des logiciels et des solutions cloud dans le domaine de la conception de produits, du développement de produits, de l'informatique à haute performance et aussi de l'analyse de données.

Notre vision, et ce que nous faisons depuis les 30+ ans où nous sommes en affaires, est de transformer la prise de décision produit et business à travers notre technologie de simulation, nos solutions d'analyse de données, et aussi nos solutions d'optimisation de conception leaders de l'industrie.

Je suis responsable des produits de conception pilotée par simulation pour Altair.

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

Altair Inspire Print3D n'est qu'une des nombreuses solutions que nous offrons. Altair a été un leader dans le domaine de l'optimisation pendant de nombreuses années. Nous avons des clients utilisant notre technologie d'optimisation pour créer leurs conceptions pour toutes sortes de méthodes de fabrication — que ce soit le formage de tôle, le moulage, l'extrusion ou le moulage par injection. Ils utilisent aussi notre technologie pour mieux comprendre les exigences de performance et créer des conceptions génératives spécifiquement pour un procédé de fabrication. Dans ce contexte, il est important de comprendre les deux extrémités du spectre. L'une est ce qui pilote la conception et l'autre est ce qui se passe une fois que vous avez une conception que vous voulez fabriquer. Ces éléments se rejoignent sur notre plateforme. L'une des choses que nous avons faites avec notre plateforme Inspire est d'amener le processus de conception pilotée par simulation en amont et de le rendre très facile pour les concepteurs de comprendre et piloter les conceptions, tout en étant complètement conscients du procédé de fabrication. Puisqu'il n'est pas prudent de séparer le procédé de fabrication des exigences de conception, nous les avons mis tous dans un seul environnement unique à travers notre plateforme.

Donc, Inspire Print3D est focalisé sur deux choses. L'une est, sous la plateforme Inspire, elle permet à nos utilisateurs de générer des conceptions spécifiquement pour n'importe quel procédé AM ; en utilisant des règles de fabrication spécifiques (contraintes) qui pilotent la conception pour répondre au procédé de fabrication. La seconde est de prendre toutes les exigences de performance et de les combiner, et d'utiliser des méthodes numériques avancées pour générer automatiquement une conception pour soit la fusion laser sélective (SLM) ou le dépôt de filament fondu (FDM) ou le jet de liant (MJF) ou la fabrication additive par arc filaire (WAAM).

Donc, le module Print 3D vous permet non seulement de générer la conception mais aide aussi à valider virtuellement la performance de la nouvelle conception que vous avez créée.

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

La première version de Print3D permet à l'utilisateur de simuler le procédé de fusion laser sélective. Une simulation thermo-mécanique avancée est intégrée dans cet environnement pour évaluer tout problème de fabrication qui pourrait survenir pendant l'impression 3D comme la distorsion, les fortes contraintes et les ruptures associées. Les concepteurs peuvent générer la conception et ajouter les structures de support, et corriger tous les problèmes dans un seul environnement unique avant d'aller à l'impression. Le plus grand avantage que nous voyons est qu'aujourd'hui, si vous regardez ce que les clients font en AM, ils ont généralement une approche sous-optimale pour créer une conception optimale. De plus, une fois qu'ils ont une conception, ils essaieront de mettre des structures de support pour s'assurer qu'ils sont capables d'imprimer la pièce et découvriront plus tard qu'ils ont des problèmes. Pour toutes ces étapes, il y a des solutions logicielles séparées.

Altair élimine tout cela en permettant aux utilisateurs de concevoir et d'évaluer une pièce dans un seul environnement unique. Il est bien connu qu'environ 45 pour cent du coût associé à l'AM métal aujourd'hui peut être attribué au retrait des supports. L'utilisation efficace de nos règles de conception (contraintes) permet aux utilisateurs finaux de créer des conceptions qui ont des supports minimaux ou nuls. Nous permettons aussi aux utilisateurs de créer des structures de support, de comprendre leur efficacité à travers la simulation thermo-mécanique ; où nous pouvons simuler la construction, le refroidissement, le retrait des supports et prédire le retour élastique subséquent et la distorsion associée et éviter les échecs en aval. C'est ce que fait Inspire Print3D : il permet aux utilisateurs finaux d'idéer, d'évaluer et de valider votre conception, dans un seul environnement unique. Altair Inspire aide ainsi nos utilisateurs finaux à créer des conceptions légères et haute performance tout en améliorant simultanément la productivité.

Comment décririez-vous l'état actuel de la conception, simulation et logiciels d'optimisation topologique pour l'AM ?

Altair a été le leader en optimisation topologique et conception générative pendant un certain nombre d'années, pas seulement pour l'additif, mais pour tous les procédés de fabrication. Nous avons plus de 5 000 clients utilisant nos produits quotidiennement pour créer des conceptions optimales. Mais tous les outils de conception générative ne se valent pas. Nous avons les meilleures méthodes numériques pour résoudre les problèmes clés et nous sommes les seuls qui prennent différents critères de performance, cas de charge ensemble et les combinent avec des contraintes de fabrication, pour créer des conceptions très spécifiques à ce procédé de conception. Afin de piloter et générer une conception, il y a deux choses qui doivent être bien comprises : les exigences de performance et le procédé de fabrication. Par exemple, si vous faites du moulage métallique et que vous ne voulez pas avoir de noyaux, qui sont sacrificiels et chers, ou si vous voulez créer une forme sans contre-dépouilles pour retirer efficacement les modèles de la cavité de matrice ; les bonnes contraintes de fabrication doivent être combinées avec la performance de fabrication pour générer une conception légère. Il y a beaucoup d'outils qui peuvent 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 que le début, parce que vous voulez vous assurer de comprendre les procédés de fabrication et quelle devrait être la conception optimale pour un procédé donné. Juste générer une forme optimale n'est pas suffisant si vous ne comprenez pas les exigences de fabrication. Dans l'espace de la conception générative, il y a beaucoup d'approches numériques que vous pouvez utiliser ; par exemple, vous pouvez perturber certaines variables de conception et générer des milliers de conceptions et puis dire : « Je vais varier toutes ces différentes formes et tailles et cela me donnera mille conceptions, évaluer chacune et puis identifier la meilleure. » Cela peut être sous-optimal, chronophage et cher pour certaine optimisation au niveau composant. Vous pourriez ne pas obtenir une bonne solution. Du côté simulation aujourd'hui, l'AM a été principalement confiné au prototypage. Mais Altair a été en quête pour aider nos clients à transformer le processus pour faire plus que des pièces uniques. Pouvons-nous explorer d'autres méthodologies comme le jet de liant ? Pouvons-nous explorer le moulage hybride, où vous faites de l'impression de sable et puis vous coulez des moulages dans un moule en sable ? Pouvons-nous explorer certaines de ces options pour convertir votre capacité en capacité de production ?

C'est notre quête pour comprendre profondément les exigences de fabrication uniques. Aujourd'hui, nous sommes les leaders pour créer des pièces légères et haute performance, ainsi que de l'outillage et de l'assemblage, en utilisant les dernières méthodes de conception pour la fabrication.

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

Les premiers adoptants étaient les entreprises satellites et aérospatiales, parce qu'elles n'avaient 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.

Nous travaillons aussi avec des entreprises automobiles, y compris des noms comme BMW, Ford, GM et une pléthore d'autres entreprises dans le monde, qui explorent la fabrication additive comme option viable pour le prototypage. Si je le découpe, nous voyons non seulement de l'impression 3D directe, mais une abondance de fabrication hybride aussi, où la fabrication traditionnelle est combinée avec l'additif. Ce que je veux dire par là, c'est par exemple, l'impression 3D de sable pour noyaux et moules pour le moulage.

Le deuxième domaine est les moules pour le moulage par injection de plastique. Il est important que l'assemblage de moule qui forme la cavité ne se sépare pas pendant le cycle de pressurisation induisant de la bavure qui doit être enlevée. Le moule entier peut être structurellement optimisé en utilisant la conception générative pour maintenir l'intégrité sous les charges. En plus de l'optimisation structurelle, nous pouvons aussi optimiser pour l'extraction de chaleur avec des canaux de refroidissement conformes qui enveloppent 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. Donc, si vous faites un million de pièces par jour, vous pouvez alors en faire 3 millions par jour. Cela signifie que vous pouvez tripler votre productivité, en optimisant le moule pour le procédé de moulage par injection.

Nous travaillons aussi avec l'industrie de la robotique, qui a de nombreuses applications où l'optimisation de conception et l'impression 3D sont utilisées pour des pinces de fin de bras robotiques. Les pinces ont tendance à s'user très vite et donc elles doivent être remplacées immédiatement pour prévenir les perturbations de la chaîne d'assemblage. Pour des structures extrêmement grandes, nous avons récemment collaboré avec MX3D sur un bras robotique imprimé en 3D. MX3D est une entreprise d'impression 3D, qui utilise une technologie propriétaire à base d'arc filaire pour produire de grandes structures métalliques.

Bras robotique MX3D optimisé avec l'aide du logiciel d'Altair [Crédit image : Altair]

Notre logiciel a permis à MX3D d'optimiser la conception du bras robotique pour réduire plus de la moitié du poids original, tout en considérant les contraintes d'impression. Pour ce projet, nos ingénieurs ont utilisé la Personnalisation de Conception Générative pour trouver la forme la plus efficace pour le bras robotique imprimé en 3D. Il y a aussi de nombreuses applications de défense qui peuvent bénéficier de l'impression 3D. Par exemple, si une partie d'un véhicule de combat casse, vous voulez être capable d'imprimer cette pièce localement, tout de suite, sans avoir à attendre qu'une pièce de rechange arrive. C'est particulièrement le cas pour les pièces héritées pour lesquelles vous n'avez peut-être pas de dessins. Nos solutions sont utilisées dans le domaine de l'impression 3D médicale aussi. Par exemple, Andiamo, une entreprise d'orthèses, utilise l'impression 3D pour créer de meilleurs dispositifs orthopédiques ajustés. La façon traditionnelle de faire une orthèse est d'envelopper un membre ou un torse dans du plâtre, qui est ensuite coupé et envoyé pour une fabrication manuelle. Le processus d'Andiamo élimine le besoin de plâtre, en commençant plutôt par un scan 3D numérique du corps, créant un modèle hautement précis pour commencer à concevoir autour. Le processus implique aussi de nombreuses simulations pour garantir un ajustement parfait pour un enfant. Nous voyons aussi un intérêt accru pour les procédés d'impression 3D comme le jet de liant. Nous travaillons avec certains de nos partenaires dans cet espace, 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, Moulage Hybride et procédé de jet de liant.

En regardant l'industrie plus généralement, que voyez-vous comme certains développements clés pour 2020 ?

L'industrie bouge très vite. Chaque fois que je vais à des événements AM, c'est clair que le nombre de fabricants d'imprimantes et de fournisseurs de matériaux double presque d'année en année. Avec la concurrence qui augmente, je suis très positif que le coût va être réduit, ce qui est un gros frein du côté de la fabrication additive en ce moment. Le nombre croissant de joueurs va probablement aider le consommateur final.

Regardez l'industrie dentaire, par exemple. C'est l'une des plus matures, parce que si un consommateur veut se faire poser une nouvelle couronne, leur dentiste prend simplement un scan de la dent et envoie le scan pour être imprimé en 2-3 jours. Ce cycle doit être atteint dans d'autres industries aussi. Et c'est vers quoi tout le monde continuera de s'efforcer en 2020.

Y a-t-il des défis que vous pensez qui doivent encore être surmontés pour accélérer davantage l'adoption de l'impression 3D ?

Il y a un certain nombre de défis qui sont entrelacés les uns avec les autres. Numéro un est le coût. Le coût est évidemment lié à la taille de la pièce et au volume de production qui déterminent quel type de méthode de fabrication devrait être utilisée. Même dans l'additif, vous pourriez vouloir aller, par exemple, soit avec la fusion laser sélective ou avec le jet de liant métal. Le deuxième aspect est la certification. Comment sommes-nous capables de certifier une pièce selon que la pièce 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 le coût et avons une faible répétabilité. Si une pièce est imprimée dans une imprimante particulière, peut-on atteindre les mêmes spécifications si cette pièce est imprimée par une autre imprimante et dans un autre endroit ? Quelles sont les chances que les pièces se comportent exactement de la même façon ? Cela résulte en un défi d'être capable de modéliser avec précision la physique qui se passe au niveau micro. Cela soulève la question de savoir si les utilisateurs peuvent être confiants que la pièce finale peut être imprimée de façon cohérente à travers différentes plateformes et emplacements. Il y a tellement de travail qui doit être fait en termes d'établissement de standards 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 certains standards en termes de quelles sont les tolérances acceptables pour les pièces légèrement chargées, ou lourdement chargées critiques pour la sécurité ; en termes de porosité interne et/ou qualité de surface externe. Si vous regardez l'histoire, que ce soit le moulage, le forgeage ou la tôle, au fil des ans, ils ont tous eu une association liée à eux, comme l'American Foundry Society, par exemple. Il y a beaucoup d'organisations qui sont dédiées à rassembler tout le monde et créer des standards. Aujourd'hui, le marché AM explose dans tous les domaines, mais éventuellement, tout cela doit se réunir pour créer collectivement des standards et s'assurer que chaque joueur de l'industrie est sur la même page.

Finalement, qu'est-ce que l'année à venir réserve à Altair ?

Nous continuerons à développer plus de solutions de simulation pour nos utilisateurs. Quant aux procédés de fabrication additive, nous continuerons à développer des solutions qui aident les utilisateurs de la technologie à valider le processus et à comprendre les incertitudes qui vont avec. En fin de compte, nous sommes focalisés sur trois piliers principaux : comprendre la performance, créer une conception en combinant deux choses ; la performance, et le procédé de fabrication lui-même. Ils doivent tous aller de pair, et nous continuerons sur notre mission pour aider nos clients à valider la performance et le procédé de fabrication aussi précisément que possible pour piloter les conceptions. Nous continuerons à combiner la physique avec l'informatique à haute performance et les données. Nous devons tout mettre ensemble, parce que certains problèmes vous pouvez les résoudre en comprenant la physique et certains vous devez les résoudre avec l'apprentissage automatique. Nous nous efforcerons de combiner toutes les technologies que nous développons pour rendre les choses plus efficaces et rentables pour nos clients, avec un objectif final de les aider à prendre de meilleures décisions et de meilleurs produits performants.