Orateur(s)
Pierre Duysinx Professeur Ordinaire (Faculté des Sciences Appliquées, Ingénierie des Véhicules Terrestres Aérospatiale et Mécanique, ULiège)
Didier Granville Directeur Stratégie R&T (Siemens Digital Industries Software Samtech)

Optimisation topologique et simulation intégrée pour la fabrication additive

Résumé

Notre rencontre-conférence ce vendredi était parfaitement illustrative de la complémentarité du rôle complémentaire des universités et des entreprises dans le développement de technologies et de méthodologies innovantes.
Elle a mis en exergue, aussi, le mariage fructueux entre deux technologies ; l’optimisation topologique et l’additive manufacturing.

[09:15] Dans un premier temps, Pierre Duysinx, Professeur à l’Université de Liège dans le département Aéronautique – Mécanique – Automotive Engineering) nous a présenté l’optimisation topologique.

L’optimisation topologique, qui a débuté vers les années 90 alors que les techniques classiques de simulations commençaient à montrer leur limite, est une méthode de calcul qui permet d’optimiser la répartition de matière dans un volume donné soumis à des contraintes.

L’idée majeure de cette nouvelle méthode de simulations est de formuler le problème autrement (out of the box). À partir d’un volume défini, on étudie la distribution de la matière dans une structure en optimisant une performance donnée sous contraintes de conception. Cette approche fonctionnelle de la matière permet d’obtenir ainsi de nouveaux designs. L’exemple le plus couramment développé est l’ajout ou le retrait de matière afin de réduire le poids d’une structure (à volume défini et contraintes imposées)

Très vite, l’optimisation est apparue comme un très bel outil d’aide à l’innovation et à la créativité dans un grand nombre de domaines.

Citons parmi ces domaines d’application, notamment :

  • L’industrie aéronautique (airbus A383)
  • L’industrie automobile (Constructeur japonais)
  • La microtechnologie (MEMS : interactions entre la mécanique et électronique)
  • Les machines électriques
  • L’énergie (redesign de piles à combustible)
  • L’industrie chimique (optimisation de mélangeurs et d’échangeurs de chaleur)
  • Les systèmes biologiques
  • Et même, pourquoi pas ? Les organisations sociales …

Pierre Duysinx a évoqué, au cours de son exposé, de nombreux projets de recherches financés par l’Europe, la Région wallonne mais aussi par les industriels.

[29:37] Dans un second temps, Didier Granville, Directeur Stratégie et techniques chez Siemens, nous a présenté les développements réalisés par son entreprise dans le domaine de la simulation de l’additive manufacturing, technique de fabrication souvent la mieux adaptées pour matérialiser des pièces conçues par optimisation topologique.

Après avoir rappelé quelques dates clé de la société SAMTECH et son positionnement au sein de Siemens, Didier Granville a également positionné Siemens dans le contexte de l’industrie 4.0. Il a rappelé que Siemens est le spécialiste en logiciels de simulation pour l’industrie : Digital industry software, développement de solution et de simulation 3D avec sa plate-forme Simcenter3D. Siemens s’est spécialisé dans les jumeaux numérique (Digital Twins) parmi lesquels on distingue : les jumeaux produits – les jumeaux procédés – les jumeaux performances.

Siemens a développé de nombreux logiciels disposant ainsi la chaine de valeur complète digitalisée d’un produit/process depuis le design de la pièce (NX) – son optimisation topologique (TOPOL) – sa fabrication virtuelle par additive manufacturing.

L’idée de Siemens est de disposer d’un outil complet de simulation (Conception/ Optimisation topologique/fabrication virtuelle de pièces par additive manufacturing) afin de s’assurer que tous les paramètres et risques de fabrication en additive manufacturing soient bien maîtrisés … ce qui permet in fine de fabriquer une bonne pièce du premier coup. Ce type de logiciel permet ainsi de tenir compte dans la simulation des effets thermiques dûs au faisceau laser, des risques de collision du racloir, des risques de rupture des supports, des défauts de microstructures, d’erreurs dimensionnelles qui peuvent engendrer des risques de distorsion de la pièce… Le logiciel est l’outil par excellence pour compenser la géométrie et prévenir tous les autres risques de fabrication.

Ayant très à cœur les projets collaboratifs industrie – université, Didier Granville a évoqué quelques projets de collaborations fructueuses, tels que  Aéro+ : contrôle du flambement, élimination de la poudre ;  Fasama : pièce conçue par optimisation topologique puis imprimée en 3D (Sonaca) ; ou encore Design for AM…

Enfin, il a illustré son exposé et les performances technologiques rendues possibles par l’expertise Siemens par un petit spot publicitaire mettant en exergue un exemple de réalisation issu de l’industrie automobile avec la Bugatti Chiron (optimisation topologique de l’aérofrein - structure à paroi mince en titane) vs matériaux fibre de carbone ; avec pour résultat, une réduction du poids de 50 % !

[03:16] En introduction de la conférence, Frédérik Cambier, Chef de projets (Technifutur) a présenté le programme de Formation FAB+.

Pour aller plus loin :

Programme de l'édition 2021 d'ESAFORM
MOOC "Digital Twin" de Jobs@Skills
Projet FAB+ de Technifutur

Retrouvez ci-dessous le replay et les slides de cette conférence :

Cette rencontre est à présent complète. Si vous souhaitez être inscrit·e sur la liste d'attente, veuillez envoyer un e-mail à info@liegecreative.be

L'optimisation topologique est une méthode mathématique complémentaire avec l’analyse de Structures par Eléments Finis, qui permet l’automatisation de la distribution optimale de la matière dans un espace de conception donné, tout en prenant en compte certaines contraintes de chargement, d’encombrement, de fabrication, etc.

Dès les années '90 et à travers de multiples thèses de doctorat, l’Université de Liège a été l’un des précurseurs au niveau mondial dans l’implémentation logicielle de cette méthode qui s’applique à de nombreux domaines.

Toutefois, un de ceux-ci se distingue particulièrement à l’heure actuelle. Il s’agit de la fabrication additive. En effet, celle-ci devient importante pour l’industrie au sens large, parce que l’optimisation topologique y offre de nouvelles perspectives pour rencontrer les spécifications structurales et multidisciplinaires de beaucoup d’applications, avec des performances supérieures et des bilans de masse inférieurs aux structures fabriquées par les procédés traditionnels.

C’est pourquoi Siemens propose actuellement une chaîne logicielle de simulation intégrée, combinant la conception en environnement CAO, l’optimisation topologique par Eléments Finis, la simulation du procédé de fabrication, jusqu’au dialogue avec l’impression 3D proprement dite.

En introduction à la conférence, Frédérik Cambier (Technifutur) présentera le projet Fab+ (Formation sur la chaine de valeur de l’additive manufacturing).

Notre format en ligne privilégie un nombre limité de participants pour favoriser les interactions et le partage des expériences, dans l’esprit convivial qui caractérise les rencontres-conférences LIEGE CREATIVE. Le lien pour accéder à la conférence vous sera communiqué quelques jours avant l'événement.