Gifa 2019 : une offre élargie en simulation numérique

A nouveau l’approche numérique était à l’honneur pour cette édition 2019 de la GIFA : qu’elle concerne le produit, le procédé, le contrôle, le rétro-engineering, ou des solutions de réalité augmentée, la modélisation devient de plus en plus performante, constituant un maillon essentiel pour garantir le chemin le plus court vers un matériau/produit/process maîtrisé. Le prototypage virtuel devient de plus en plus une phase à part entière du développement produit.

Démonstration percutante, des développeurs et éditeurs de logiciels : on se concentrera ici sur les outils de simulation process.

Sous le titre “The Digital Foundry Process”, Magma GmbH présentait à nouveau sur un stand très démonstratif toute sa force de frappe en modélisation et simulation sur la fonderie, les outillages et les optimisations process.

C’est aujourd’hui selon Magma, un “Autonomous Engineering” qui rempace les approches conventionnelles de simulation process en fonderie, du tracé de la pièce et de la conception de fonderie, à l’approche prédictive (Virtual Design of Experiments and Genetic Optimization), avec MAGMASOFT^®.

En avant première, les visiteurs pouvaient vivre l’Autonomous Engineering live avec un Holo-Theatre inédit, annoncé via une interrogation largement affichée dans tout le salon: “Is this the END of SIMULATION, or its BEGINNING ? « .

Dans ses développements, Magma présentait notamment la “Virtual Core Shooting Machine”, développée en partenariat avec des industriels et fournisseurs du domaine. Un couplage direct entre la simulation process, la conception de la boîte à noyaux, le matériau de moulage et la machine d’injection elle même permet, et c’est une première, une optimisation en temps réel de la ligne de moulage.
Avec le “Virtual Die Casting Die”, Magma démontre aussi comment simultanément réaliser et évaluer avec fiabilité une conception d’outillage, et optimiser les paramètres de production associés, en fonderie sous pression. 
Magma introduit également de nouvelles optimisations en simulation de fonderie (tous procédés et alliages), en traitement thermique et en production de noyaux. Sur ce troisième axe, des partenariats sont revendiqués avec les leaders du domaine sur :

1. Le développement de la simulation des matériaux de moulage,
2. La prédiction quantitative des déformations de noyaux (partenariats avec Hüttenes Albertus, Nemak et le RWTH Aachen), 
   

   Prédiction de la déformation des noyaux (Magma).

3. l’anticipation de l’évolution du liant et du gazage pendant le process et des potentiels défauts induits (partenariat avec ASK Chemicals).

Simulation de l’impact de la dégradation des liants (Magma).

Avec le leitmotive « E-mobility is creating new Horizons for the Casting Industry », ESI propose aux fournisseurs de pièces de fonderie (de l’automobile notamment) des solutions contribuant par le numérique à l’optimisation des conceptions et donc à l’allègement, à la réduction des émissions, à l’aboutissement de nouvelles conceptions pour véhicules électriques :

• En améliorant la qualité des pièces de fonderie, sur des designs de plus en plus complexes,
• En exploitant tout le potentiel des procédés de fonderie, y compris en gestion de données,
• En exploitant le potentiel des nouveaux alliages d’aluminium et de magnésium,
• En contribuant à la conception, l’optimisation et la mise en production de nouveaux produits : carters de batteries, composants de moteurs électriques…

La simulation process combinée aux analyses de données permet de répondre à de nouveaux challenges avec un enjeu de maîtrise des coûts (optimisations process, pièces bonnes du 1^er coup, réduction des taux de rebuts, réduction des temps de démarrage).

Ainsi, pour cette GIFA,  ESI mettait en avant ses derniers développements pour accompagner les fondeurs dans leur transformation vers ces nouveaux marchés, notamment sous le logiciel ProCAST.

Approche Simulation et Foundry 4.0 par ESI.

Le prototypage virtuel est la proposition d’ESI, pour réduire les coûts et temps d’essais au profit de la simulation numérique. 
Les fonderies sont confrontées à des ruptures technologiques avec le développement rapide de nouvelles solutons d’e-mobilité : les véhicules électriques requièrent des produits devant intégrer de nouvelles fonctionnalités (telles que les systèmes de refroidissement intégrés des carters de batteries), et apporter de nouvelles performances (telles que l’efficacité thermique).
Avec plus de 40 ans d’expérience en physique des matériaux, et des décennies de collaboration avec les fondeurs, ESI a développé des solutions logicielles dédiées au prototypage virtuel pour la mise en œuvre des matériaux métalliques : de la fonderie à la forge, mais également la soudure et aujourd’hui la fabrication additive.

Simulation de la Fabrication Additive (ESI).

ESI se fait fort d’accompagner les fondeurs pour relever de nouveaux défis technologiques : intégrer la fabrication additive, prédire le comportement fonctionnel de leurs produits via l’IoT et les analyses de données, optimiser les séquences de leurs opérations manuelles par l’usage de la réalité augmentée.
L’approche Jumeau Numérique en cours de développement également pour la fonderie (partenariat ESI, CTIF, ESFF, ENSAM) fait partie des axes de développement clés pour ESI.

RWP  Alliance pour sa part, présentait WinCast® expert, logiciel de simulation et d’optimisation (masselottage, remplissage, conformal cooling …) en volume fini, avec module de prédiction de la microstructure après traitement thermique. Wincast couvre la simulation des procédés sable, coquille, cire perdue, sous pression, basse pression, coulée continue, centrifugation, procédé spéciaux, contraintes résiduelles, durée de vie, soudure, traitement thermique. On rappellera ici le projet de recherche en cours avec l’Université de Munich, sur le Jumeau Numérique (prédiction de défauts sur Disamatic intégrant les paramètres du sable : température, compression, humidité).

Conception et services sur WinCast® expert (RWP Alliance).

En conception et simulation, Novacast présente également ses différents outils :

–              NOVAMETHOD, outil de conception 3D,
–              NOVAFLOW&SOLID, outil de simulation de remplissage et solidification,
–              NOVASTRESS, outil de calcul de contraintes et déformations,
–              FOUNDRYTECH, outil de conception des systèmes d’attaque et d’alimentation.

Les dernières améliorations signalées sur les outils de simulation sont le maillage et un nouveau solveur pour les simulations en fontes grises et sur les fontes GS.

Outil de conception, simulation, et contrôle de la métallurgie (Novacast).

Flow3D présentait ses outils de simulation et développements en mécanique des fluides numérique (ou CFD = Computational Fluid Dynamics), pour la fonderie, la mécanique des fluides au sens large, et la fabrication additive. 
Au-delà des outils connus de Flow 3D, qui revendique d’être pour la R&D ce que les autres acteurs du marché sont pour la production, avec une spécialité sur le remplissage, Flow 3D annonce de nouveaux développements qui seront rendus publics au second semestre 2019 (et on se concentre ici plus sur la solidification) :

–              La prédiction de l’évolution de la microstructure au cours de la solidification et prédiction des propriétés mécaniques induites,
–              Les développements en FA  et soudure (SLM, SLS, DED, SBJ …).

Des partenariats et/ou prestations pour de grands donneurs d’ordres sont revendiqués : Bosch, Toyota, GM, Caterpillar, PSA, Renault …

Modélisation des procédés (Flow 3D).

Dans les acteurs plus récents, on peut souligner la présence de PIQ², fondé en 2011, qui développe des solutions et services de simulation en fonderie sous pression (FSP). Implanté en Italie dans les bureaux du CSMT (Centre for Multi-Sector Technologies) au sein de l’Université de Brescia, PIQ² développe des modules “Castle” pour l’optimisation de la conception et simulation en FSP.

Leurs travaux plus récents portent sur le développement de modules en:

• Basse pression et gravité
• Plasturgie
• Simulation bi-phasique (métal+air)
• Simulation de la thermique outillage

Modules Castle PIQ²

Plusieurs outils numériques présentés également par 3D Systems en conception et fabrication additive : CIMATRON, logiciel de conception spécialisé outillage, opérationnel de la CA0 2D-3D à la programmation des parcours d’usinage en commande numérique, mais également 3DXpert, logiciel « tout-en-un » pour la Fabrication Additive, et 3D Sprint, logiciel dédié à l’impression 3D des plastiques.

3D Sprint (3D Systems).

Cimatron (3D Systems).

Pas d’exceptions dans les technologies à simuler, avec l’exemple de Wheelabrator, qui présentait de nouvelles possibilités aussi via la simulation numérique, sur la finition des pièces complexes avec des structures internes élaborées, améliorée grâce à la simulation du process.

Maillon essentiel pour garantir le chemin le plus court vers un matériau/produit/process maîtrisé, en ligne ou intégré, le prototypage virtuel prend sa place à part entière dans le processus de développement et d’optimisation des produits, des outillages, et des procédés.

N’hésitez pas à contacter Jean-François Locatelli (Ingénieur Simulation des procédés chez CTIF).