L’optimisation topologique en impression 3D

Optimisation topologique

L’optimisation topologique est une technique qui consiste à mieux répartir le poids d’une pièce. En d’autre termes, on supprime la matière là où elle n’est pas nécessaire. Le but est d’identifier les zones qui subiront des efforts ou contraintes spécifiques afin d’enlever les autres. On obtient alors une pièce optimisée, plus légère et plus économe en termes de matériaux utilisés. Pourquoi cette technique est-elle particulièrement intéressante pour la fabrication additive ? Quels sont les secteurs d’activités qui s’y penchent avec attention ?

 

L’impression 3D est une méthode de fabrication qui permet d’utiliser uniquement le matériau nécessaire à la conception de la pièce, il y a beaucoup moins de déchets comparé à un processus traditionnel, avantage renforcé par l’optimisation topologique. Cette méthode numérique commence par la création d’un modèle 3D sur lequel on va appliquer des charges afin de voir comment la pièce réagirait. Le logiciel de conception 3D indique alors à l’utilisateur les parties qui ne sont pas utiles et celles qui sont indispensables. Auparavant, c’était une étape réalisée par une série d’essais et d’erreurs, méthode assez chronophage. Grâce aux logiciels, il est possible de découper la pièce pour supprimer les pièces non-soumises à l’effort ; on obtient alors une pièce lisse prête à être imprimée en 3D.

 

Les étapes de l'optimisation topologique
Les étapes de l’optimisation topologique (crédits photo : Research Gate)

 

Les avantages de l’optimisation topologique

Si cette technique permet de retirer les parties inutiles d’une pièce, il est assez évident que celle-ci deviendra plus légère. C’est l’avantage clé de l’optimisation topologique, pouvant avoir des répercussions significatives sur le coût de la pièce et le temps de production. La méthode permet également d’optimiser la résistance élastico-mécanique et la conductivité thermique. On peut obtenir des pièces plus rigides tout en baissant leur poids.

 

D2tection des zones à supprimer et à conserver par le logiciel d'optimisation topologique
Le logiciel indique les différentes zones à supprimer et celles à conserver (crédits photo : Cadtech)

 

On imagine donc que beaucoup de secteurs d’activités se sont intéressés à cette technique. En premier lieu, on pense aux domaines aéronautique et aérospatial qui pourront baisser leurs coûts indirects grâce à l’optimisation topologique. En effet, une pièce plus légère dans des avions ou fusées permet de consommer moins de carburant. Il s’agit là d’une économie non négligeable sur le long terme. Le constructeur Boeing expliquait qu’en allégeant de 5% une aile d’avion, une économie de 200 tonnes de kérosène par an était attendue.

 

Le secteur automobile a également recours à l’optimisation topologique pour économiser de la matière sur la fabrication de ses véhicules. Les voitures étant généralement produites par millions d’unités, il est important de considérer qu’un gramme de matériau en moins sur chaque véhicule représente des coûts directs largement réduits.

 

Structure avant d'une Volkswagen conçue grâce à l'optimisation topologique
La structure avant d’une Volkswagen conçue grâce à l’optimisation topologique (crédits photo : Volkswagen)

 

Vous avez besoin de conseils pour appliquer l’optimisation topologique dans votre processus de fabrication additive ? N’hésitez pas à contacter notre équipe qui pourra vous aider à choisir le logiciel adapté à vos besoins !