Comme nous l’avons évoqué à la conférence “Additive Manufacturing Strategies”, des logiciels plus avancés vont être la clé de l’adoption de l’impression 3D, en partie grâce à la numérisation des connaissances tribales, comme l’a dit Todd Grimm, de sorte que notre logiciel de conception exécute automatiquement des tâches qui nécessitaient auparavant une expérience pratique de diverses technologies de production pour être exécutées manuellement.
Une partie importante de ces connaissances consiste à comprendre comment prévenir les défaillances de construction dans l’impression 3D en métal. En fait, même les connaissances tribales associées à la prévention des erreurs de construction sont loin d’être parfaites, les essais et les erreurs étant la stratégie à adopter pour réussir à produire une pièce métallique. C’est là que la simulation est destinée à jouer un rôle crucial.
Chaque variable dans la chambre de construction d’un système de fusion sur lit de poudre métallique (PBF) aura un impact sur la sortie d’une pièce de l’imprimante telle qu’elle a été conçue : l’orientation de la pièce, le placement des structures de support, la stratégie de balayage, la taille du spot laser, etc. Si cela peut être simulé avec précision et si des problèmes potentiels tels que le stress thermique et la distorsion peuvent être pris en compte, nous pouvons éviter les essais et les erreurs et produire des pièces correctes du premier coup.
C’est pourquoi ANSYS, Hexagon, VELO3D et d’autres développent des logiciels de simulation pour l’impression 3D sur métal. Autodesk a également abordé la simulation via Netfabb Local Simulation, acquis par le géant de la CAO en 2016. Aujourd’hui, la société a commencé à porter certains des outils de simulation avancés de Netfabb sur Fusion 360, la célèbre plateforme de CAO de la société.
Un modèle est ouvert dans Fusion 360 sur la gauche. À droite, l’extension de simulation montre le déplacement à mi-course. Images avec l’aimable autorisation d’Autodesk.
Sualp Ozel, chef de produit senior pour l’impression 3D chez Autodesk, a rejoint la société lors du rachat d’ALGOR Inc. en 2009, apportant avec lui une foule d’outils d’analyse par éléments finis (FEA). Lorsque Netfabb a été intégrée en 2016, M. Ozel est passé à l’équipe d’impression 3D pour voir comment il pourrait appliquer son expertise en matière de simulation à l’impression 3D.
Alors que son équipe améliorait les capacités de simulation de Netfabb Local Simulation au fil du temps, Autodesk a entrepris de transformer Fusion 360 en une plateforme de modélisation cohésive qui prend en charge non seulement la partie conception de la production, mais aussi les tâches de fabrication proprement dites. Aujourd’hui, grâce à diverses extensions, Fusion 360 peut générer des parcours d’outils pour la FAO et l’impression 3D, ce qui permet de passer de la conception à la production au sein d’une seule interface.
L’accès à l’extension est aussi simple que de suivre les étapes ci-dessus. Images avec l’aimable autorisation d’Autodesk.
Au début de cette année, cette intégration s’est élargie pour inclure la simulation. Actuellement, l’extension de simulation additive pour Fusion 360 permet de simuler le laser PBF. L’accès à l’extension est aussi simple que de cliquer sur quelques boutons du logiciel.
Lorsque vous avez un dessin que vous souhaitez imprimer, vous sélectionnez la manière dont vous souhaitez fabriquer la pièce dans le menu Fusion 360, vous choisissez la fabrication additive, le métal que vous souhaitez utiliser, vous orientez la pièce et vous ajoutez des structures de support. À partir de là, vous pouvez soit découper le fichier et générer un parcours d’outil pour votre laser et l’imprimer, soit simuler la procédure d’impression pour voir si elle sera réussie.
Le fichier problématique fait l’objet d’une compensation pour garantir une impression correcte. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Autodesk.
Le logiciel fonctionne avec les mêmes solveurs et moteurs que la simulation locale Netfabb, qui est une approche de modélisation thermomécanique multi-échelle de l’analyse par éléments finis de la zone d’impression. Alors que l’analyse de la trajectoire du laser sur l’ensemble du bâtiment prendrait des millénaires, le logiciel a simulé une zone de 1 mm x 1 mm et l’a mise à l’échelle sur l’ensemble du processus d’impression pour estimer la façon dont l’objet se déformera et comment les contraintes vont s’accumuler.
S’il risque de tomber en panne, en raison d’une distorsion, d’une interférence de la lame du revêtement ou de structures de support problématiques, vous pouvez régler ces problèmes. C’est-à-dire que ce sont les trois problèmes que Fusion 360 peut actuellement détecter grâce à l’extension de simulation additive. Pour l’instant, le logiciel peut alors compenser les distorsions qui peuvent se produire dans la pièce. À l’avenir, cependant, d’autres fonctionnalités de Netfabb seront disponibles dans Fusion 360, telles que le support et l’optimisation de l’orientation.
Le modèle final, compensé pour le déplacement pendant l’impression. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Autodesk.
En tant que professeur d’ingénierie mécanique à Carnegie Mellon, Ozel a souligné que non seulement la simulation est de plus en plus importante pour le succès de l’impression 3D sur métal, mais qu’elle contribue même à l’enseignement de l’impression 3D sur métal aux étudiants en ingénierie.
“Une grande partie des établissements d’enseignement dans le secteur manufacturier sont rapidement devenus virtuels avec COVID. Beaucoup de gens qui imprimaient des métaux en 3D dans leurs laboratoires voulaient savoir comment expliquer la fabrication d’additifs, mais dans un cadre virtuel. Et la simulation est la première chose qui vient immédiatement à l’esprit de chacun. Fusion 360 est très accessible à l’éducation. Avec le lancement de l’extension de simulation d’additifs, ces personnes peuvent maintenant faire tous les choix et obtenir tous les résultats avec Fusion 360”.
Maintenant que la SLM a été prise en charge, le prochain processus auquel l’équipe d’Ozel prévoit de s’attaquer est le dépôt d’énergie dirigé. La simulation est pour l’instant gratuite en tant qu’aperçu technique pour les utilisateurs commerciaux et éducatifs, bien que les amateurs ne puissent accéder qu’à la MDF, étant donné qu’il est probable qu’ils ne possèdent pas leurs propres machines de MDF.
En outre, pour l’instant, la simulation ne fonctionne pas dans le nuage et nécessite la même puissance de calcul que l’analyse par éléments finis en général, ce qui signifie que vous pourriez avoir besoin d’une bonne quantité de mémoire vive si vous voulez exécuter ces simulations rapidement. Toutefois, il est prévu de pouvoir exécuter ces simulations dans le nuage lorsque l’outil sera prêt à dépasser le stade de l’aperçu technique et à être commercialisé, si tout va bien cette année.
Selon M. Ozel, l’aspect le plus important de l’outil est l’accessibilité, c’est pourquoi la simulation dans les nuages sera essentielle.
“Au bout du compte, quelqu’un qui imprime quelque chose sur une imprimante en métal devrait pouvoir faire une vérification rapide sans avoir à avoir un doctorat en simulation, non ?” a déclaré Ozel. “Je veux qu’ils le configurent, qu’ils choisissent leurs paramètres d’impression et qu’ils appuient sur “Simuler”. Bien sûr, quelqu’un avec un peu plus d’expérience peut accéder à des paramètres plus avancés, mais nous voulons qu’il donne des indications sur la réussite ou l’échec de l’impression et, en cas d’échec, qu’il la répare pour moi”.
Du point de vue d’une personne inexpérimentée en CAO, Fusion 360 me semble toujours être le plus convivial du lot. Maintenant que la simulation est introduite dans cet environnement convivial, il semble que non seulement l’impression 3D sur métal deviendra un processus plus reproductible, mais qu’elle sera également accessible à un éventail d’utilisateurs beaucoup plus large.
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