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La fabrication additive, contrairement aux techniques d’usinage traditionnelles, permet de réaliser des pièces aux géométries complexes dont le poids total peut être optimisé à l’aide d’une méthode numérique appelée « optimisation topologique »

Cette technique consiste littéralement à « supprimer » la matière là où les efforts ne transitent pas à l’aide d’un logiciel d’optimisation. Parmi les plus connus, on retrouve ainsi les logiciels DesignSpace de l’éditeur Ansys, Tosca de Dassault Systèmes, Within Labs d’Autodesk ou encore Inspire de SolidThinking.

L’optimisation topologique, comment ca marche ?

L’optimisation topologique débute par la création d’un modèle 3D grossier lors de la conception ou bien par l’utilisation d’une pièce déjà existante pour une évolution à laquelle on va appliquer différentes charges et forces supportées par la pièce (une pression sur les pattes de fixation par exemple).

optimisation topologique

Efforts appliqués au modèle grossier lors de la phase de conception

Le logiciel se charge alors de calculer l’ensemble des contraintes appliquées, représentées en rouge (les éléments indispensables de la pièce) et en bleu (les éléments n’ayant aucune utilité). 

optimisation topologique

Visualisation des efforts qui transitent dans la pièce

À ce niveau, un découpage de la pièce peut-être réalisé afin de supprimer les parties non-soumises aux efforts. Une ébauche de la future pièce optimisée est alors déjà visible.

optimisation topologique

Pièce après suppression des éléments inutiles

La géométrie finale, répondant aux exigences à la fois mécaniques et de design, peut être alors finalement être obtenue après lissage de la pièce.

optimisation topologique

Pièce après optimisation topologique

Pour avoir un ordre d’idée du gain, la pièce qui suit présentait un poids initial de 2Kg et a pu être optimisée jusqu’à ne peser que 327g, soit un gain de 83.4% pour une résistance mécanique répondant au cahier des charges.

optimisation topologique

Un exemple de pièce optimisée topologiquement par ©Prodways

Qui utilise l’optimisation topologique et à quelles fins ?

L’automobile s’est rapidement penchée sur ce problème pour des raisons de réduction de coûts directs à travers l’économie de matières premières associée aux tailles de séries. En effet, un gain de quelques grammes par véhicule, sur une production de plusieurs millions d’unités, représente des tonnes de matière économisées.

L’aéronautique, de son coté, s’y est intéressée à des fins de réduction de coûts indirects. Un aéronef moins lourd consomme moins de carburant ce qui sur le long terme engendre des économies non négligeables pour une compagnie aérienne.

Dans l’automobile, le moulage qui est le procédé majoritaire permet d’approcher ce genre de profils complexes. À contrario, avec la technique d’usinage dans la masse principalement utilisée dans l’aéronautique, ces formes sont difficilement réalisables. Cette contrainte est d’autant plus vraie si la pièce possède un contour fermé, à la manière d’un mécanisme enfermé dans un coffre, empêchant toute opération via un procédé conventionnel.

Désormais, la fabrication additive vient surpasser ces problèmes offrant davantage de libertés aux concepteurs pour le design tout en réduisant les coûts de matière et à fortiori de carburant.

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