4 avantages de l'allègement

Alors que les préoccupations environnementales deviennent de plus en plus importantes pour les consommateurs, de nombreux secteurs du marché se tournent vers une plus grande conscience énergétique et durabilité. Alors que des solutions telles que les sources d'énergie renouvelables, les véhicules électriques et les matériaux durables ont tendance à bénéficier d'une attention médiatique importante, des pratiques telles que l'allègement, bien que moins voyantes, jouent un rôle clé dans l'évolution du marché vers une plus grande efficacité énergétique.

Le terme « allègement » peut faire référence au remplacement de matériaux traditionnellement utilisés par des matériaux plus légers, à la réduction de la quantité réelle de matériau utilisée et/ou à l'optimisation de la conception d'une pièce ou d'un système pour une combinaison de ces pratiques. L'allègement peut permettre aux équipes de produits de réduire le poids et les matériaux requis pour une pièce - ou un système complet, comme une automobile - tout en maintenant les principales exigences fonctionnelles. Cela peut créer des économies importantes pour les fabricants et les consommateurs, tout en améliorant souvent l'efficacité énergétique et même la fonctionnalité du produit final.

Les industries automobile et aérospatiale utilisent l'allègement depuis des décennies pour réduire la masse des véhicules et améliorer l'efficacité énergétique sans sacrifier les fonctions essentielles ou la sécurité. La section transversale d'une poutre en I, souvent utilisée dans l'industrie de la construction, est un autre exemple d'allégement en action. La forme de la section offre une résistance maximale à la flexion et à la torsion tout en minimisant la quantité de matériau nécessaire.

En incorporant des techniques d'allégement dans les processus et méthodologies de conception existants, les équipes de produits peuvent voir des avantages tangibles dans une large gamme d'applications de pièces. Voici quelques-uns des principaux avantages de l'allègement :

1. Économies de matière et empreinte environnementale réduite

Les pièces plus légères ont généralement des coûts de matériaux inférieurs à leurs homologues non légers et peuvent nécessiter moins d'énergie pour leur fabrication. La réduction de la consommation de matériaux offre également des avantages environnementaux, car le domaine de la fabrication additive n'est pas encore entièrement recyclable (bien que certains matériaux puissent être réutilisés). La conception générative et l'optimisation de la topologie offrent différentes manières d'obtenir un allégement avec la fabrication additive et peuvent permettre la conception de pièces quasi optimales qui utilisent la quantité minimale de matériau requise.

2. Meilleure efficacité énergétique

Bien que les pièces plus légères soient souvent souhaitables dans l'ingénierie, elles sont particulièrement utiles dans la fabrication automobile, où une réduction de poids de 10 % peut engendrer une augmentation de 6 à 8 % de l'efficacité énergétique.

Les constructeurs aérospatiaux en bénéficieront également ; les chercheurs ont découvert que l'allègement des wagons permet de réaliser plus d'économies d'énergie qu'avec les voitures, et les avions peuvent bénéficier d'un allègement jusqu'à 100 fois plus que les wagons. De plus, l'utilisation intelligente de moins de matériaux peut permettre aux équipes produit d'augmenter le rapport résistance/poids des pièces, ce qui est extrêmement important pour les avions.

3. Options de matériaux étendues

Dans de nombreux cas, la densité et le poids d'un matériau autrement souhaitable limitent les choix disponibles pour les équipes de produits. Cependant, l'allègement intelligent par une méthode telle que le treillis peut étendre les capacités des matériaux qui pourraient autrement ne pas fonctionner pour une application donnée. Le résultat peut être une densité de pièce effective plus faible et même des propriétés mécaniques globales modifiées. Cela permet aux équipes de produits de tirer parti de matériaux aux propriétés chimiques, thermiques, esthétiques et mécaniques souhaitables.

4. Performances améliorées

Associer l'allègement à des choix de conception stratégiques peut contribuer à améliorer les performances des pièces. Par exemple, l'utilisation de structures en treillis pour l'allègement peut avoir à la fois l'avantage de réduire le poids et d'introduire la capacité d'améliorer et de modifier le comportement d'absorption des chocs.

Considérations clés pour l'allègement

Lors de l'allègement, la principale chose à garder à l'esprit est que les composants critiques ne doivent pas être compromis. Il est essentiel que les équipes produit définissent clairement ce qui est et ce qui n'est pas critique pour la fonctionnalité de leurs pièces avant de commencer.

L'allègement est généralement plus efficace lorsqu'il est appliqué à des pièces lourdes, rigides et surdimensionnées. Si le coût ou le poids des matériaux ne sont pas un problème, ou si les deux sont déjà proches des niveaux optimaux, l'allègement peut ne pas être utile ou nécessaire. À partir de là, les propriétés des matériaux telles que la rigidité, le rapport résistance/poids, la résistance à la traction et d'autres caractéristiques aideront à déterminer les matériaux et les géométries idéaux pour alléger une pièce ou un composant donné.

La géométrie de la pièce doit également être prise en considération, car cela limitera les méthodes de production viables. Les composants simples conçus avec une conception générative peuvent parfois être usinés ou moulés en uréthane, mais les conceptions plus complexes nécessitent des solutions différentes.

Les treillis, par exemple, sont une solution de conception extrêmement efficace pour l'allègement, mais leurs géométries de pièces complexes ne peuvent généralement pas être usinées. Heureusement, les processus de fabrication additive comme HP Multi Jet Fusion (MJF) permettent aux équipes de produits de créer des composants géométriquement complexes à partir de divers matériaux comme le polyamide 12 (PA 12) — qui offre une résistance et une flexibilité géométrique supérieures. Il est important de noter que les treillis augmentent considérablement le rapport surface/volume des pièces, ce qui peut avoir un impact sur la longévité ou la durabilité de la pièce si les équipes de produits travaillent avec des matériaux qui s'oxydent rapidement, comme les aciers non inoxydables.

La sécurité est une autre considération clé en matière d'allègement. De nombreuses pièces solides fournissent plus de leurs caractéristiques souhaitées que ce qui est requis - un composant peut être 100 fois plus rigide que nécessaire, par exemple. L'élimination de matière via l'allègement pourrait, par exemple, réduire la rigidité d'une même pièce à 25 fois ce qui est nécessaire (ou un autre multiple inférieur).

Bien que la pièce soit toujours viable, les équipes de produits ont moins de marge de manœuvre lorsqu'il s'agit d'assurer la sécurité et d'atteindre la conformité. En tant que tel, l'allègement peut affecter les performances de la pièce lorsqu'elle est soumise à des conditions extrêmes. Les équipes produit doivent donc toujours garder cela à l'esprit.

La solution efficace pour alléger les pièces

En retirant stratégiquement de la matière des pièces et des composants pour réduire leur poids total, les fabricants peuvent tirer parti d'un certain nombre d'avantages secondaires, notamment une plus grande efficacité des pièces, des économies importantes et un choix de matériaux élargi.

Bien qu'historiquement utilisé pour améliorer l'efficacité énergétique des véhicules, plus de secteurs du marché que jamais profitent de cette pratique - en fait, le marché des matériaux légers devrait valoir 243 milliards de dollars d'ici 2023. Le marché des biens de consommation emballés en particulier peut bénéficier de l'allègement - et peut-être même aider à soutenir des causes telles que la réduction de l'utilisation de plastiques à usage unique.

Cependant, le processus d'allègement peut nécessiter un degré élevé d'expertise technique - ce qui signifie que les équipes de produits qui espèrent réduire les coûts et maximiser l'efficacité grâce à l'allégement feraient bien de s'associer à une équipe de concepteurs et d'ingénieurs chevronnés comme ceux de Fast Radius.

Notre équipe d'experts est là pour aider les équipes de produits à trouver les méthodes les plus efficaces, les plus abordables et les plus fiables pour produire la pièce qu'elles ont en tête. De la conception à la réalisation, Fast Radius est la solution de confiance pour tous les besoins de fabrication à la demande. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer.

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