Introduction
Measurement Solutions Limited (MSL) est rapidement devenu l’un des partenaires britanniques les plus fiables pour les solutions de bout en bout en matière de conception, de fabrication et d’inspection. L’entreprise est réputée pour fournir des produits et des services à certaines des principales organisations britanniques dans les domaines de l’automobile, de l’aérospatiale, de la fabrication et de l’éducation.
Application
Ricoh 3D a fait appel à MSL pour son expertise dans l’utilisation de nTopology, la nouvelle génération de logiciels de conception technique.
Ricoh 3D avait besoin d’aide pour créer une solution d’impression à la demande pour un système d’automatisation sur mesure, dont avait besoin une entreprise alimentaire internationale de premier plan. Plus précisément, Ricoh 3D avait besoin d’un kit d’accès pour créer une pièce complexe permettant de soulever l’équipement de fabrication lourd du sol, sous la forme de “pieds de machine”.
“C’était une excellente occasion de montrer ce dont l’AM est capable à un client qui opterait habituellement pour une conception surdimensionnée faisant appel à la fabrication soustractive. Nous voulions non seulement prouver que l’AM est plus que capable de fonctionner dans cet environnement, mais aussi fournir une pièce vraiment unique qui serait plus performante qu’un composant fabriqué de manière conventionnelle”.
Joe Winston, responsable des comptes nTopology, Measurement Solutions Ltd
Défi
Le défi auquel Ricoh 3D a dû faire face dans ce cas précis a été d’obtenir l’adhésion du client. La plupart des entreprises optent souvent pour de l’acier fabriqué sur mesure. Cependant, cela peut s’avérer difficile en termes de délais de fabrication, car il faut tenir compte des pressions exercées par les délais commerciaux et des impacts globaux qui en résultent, sans compter les dépenses élevées.
L’une des difficultés a été de convaincre le client que cette solution alternative serait plus efficace, de l’éloigner des grands ouvrages en acier symétriques et surdimensionnés et de le convaincre que la solution aurait toujours la capacité de supporter une machine d’environ 500 kg.
Une nouvelle approche a été adoptée et, dans un premier temps, les conceptions originales ont été limitées aux méthodes de modélisation CAO conventionnelles. Cette limitation signifiait que les coupes standard et la modélisation paramétrique généraient généralement un composant surdimensionné.
Les ingénieurs de Ricoh 3D connaissaient bien l’optimisation et la capacité à concevoir des composants qui répondent aux exigences spécifiques de l’application, tout en créant des formes organiques et intéressantes impossibles à modéliser par CAO 3D.
Après avoir vu des exemples de pièces optimisées conçues par MSL à l’aide de nTopology, les ingénieurs ont été inspirés pour adopter une nouvelle approche…
Solution
Optimiser le Pied de Machine dans nTopology…
Joe Winston de MSL explique : “Tout d’abord, nous avons importé la pièce d’origine dans nTopology et utilisé l’analyse par éléments finis intégrée pour effectuer une analyse statique. Cette analyse nous a montré où se trouvaient les zones de forte contrainte et a mis en évidence le fait que la pièce était massivement surdimensionnée. Cela a non seulement créé un poids inutile, mais a également utilisé des matériaux qui n’étaient pas nécessaires dans le processus de fabrication.
“Nous avons utilisé la fonction de coque de nTopology pour créer une épaisseur de paroi variable. En utilisant les résultats de notre analyse statique, nous avons pu enlever plus de matière dans les zones à faible contrainte et moins de matière dans les zones à forte contrainte.
“À ce stade, nous étions satisfaits de la géométrie générale et nous avons décidé de transformer la plus grande partie possible de la structure en gyroïde, ce qui a permis d’enlever encore plus de matière tout en maintenant un bon niveau de rigidité structurelle.
“Dans nTopology, nous avions un contrôle total sur la taille des cellules et l’épaisseur des parois. Nous avons utilisé cette possibilité à notre avantage en utilisant à nouveau les résultats de notre analyse statique pour piloter la structure gyroïde. Nous avons créé une géométrie avec des parois plus épaisses dans les zones à fortes contraintes et des parois plus fines dans les zones à faibles contraintes. Non seulement nous avons optimisé la structure gyroïde, mais nous avons obtenu une pièce visuellement étonnante et qui fait parler d’elle.
Les pièces allégées ont été fabriquées en impression à la demande et assemblées dans un environnement contrôlé chez Ricoh UK Products Limited (RPL), le siège de Ricoh 3D. En outre, cela a permis de répondre à une considération initiale concernant les coûts de transport, car les pieds de la machine devaient être expédiés à l’étranger au client final, de sorte que l’allègement du produit final a été extrêmement bénéfique.
Résultats
Dans le cadre de ce projet, 12 pieds de machine ont été créés. L’adoption du logiciel nTopology pour optimiser les pieds de la machine leur a permis de supporter en toute sécurité le poids total de la machine, soit 500 kg. Le client international a demandé que chaque pied soit conçu pour supporter une charge de 60 kg – et la capacité de charge a été dépassée avec un facteur de sécurité de 2 (limite de charge maximale de 120 kg). Des essais destructifs ont également été entrepris en interne chez Ricoh 3D pour confirmer le niveau de performance.
Témoignage
“Ce projet montre qu’avec la bonne combinaison d’ingénieurs à l’esprit ouvert, d’experts en processus de fabrication et d’un logiciel capable de débloquer des solutions de conception inédites, il est possible de créer des conceptions véritablement révolutionnaires et d’envisager la conception de composants AM d’une manière totalement nouvelle.
“En tant qu’industrie, nous devons encourager les ingénieurs à utiliser tous les outils à leur disposition pour tirer parti de tous les avantages que l’AM peut offrir”.
Joe Winston, responsable des comptes nTopology, Measurement Solutions Ltd