Plus léger et plus résistant grâce à Lattice Designer sur 3DEXPERIENCE

Dans notre monde de l'industrie de pointe, la demande en composants plus légers, plus résistants et plus durables n'a jamais été aussi forte. Et si la clé pour obtenir des produits plus résistants, plus légers et plus efficaces ne résidait pas dans les volumes pleins de la structure, mais dans ses espaces creux ? C'est là que la conception en treillis offre une solution innovante pour des structures à la fois légères et résistantes.

Qu'est-ce qu'un réseau ?

Un treillis est un agencement régulier et répétitif d'éléments ou de montants interconnectés. Les structures en treillis se composent de motifs géométriques complexes et répétitifs qui permettent d'obtenir un composant à la fois léger et très résistant sur le plan structurel. On retrouve couramment des composants à structure en treillis dans l'aérospatiale, les dispositifs biomédicaux, les prothèses, la fabrication additive, l'automobile et d'autres secteurs similaires où le rapport résistance/poids et la durabilité des matériaux sont essentiels à la performance d'un produit.

Exemples de structures en treillis

Comme ces structures ne peuvent pas être fabriquées à l'aide des méthodes traditionnelles, elles sont souvent réalisées par impression 3D ou d'autres procédés de fabrication additive. La conception de telles structures en treillis pose certaines difficultés. La gestion et la visualisation fluides d'une structure en treillis comportant un grand nombre de motifs répétitifs, la génération de modèles étanches et nets optimisés pour la fabrication additive, ainsi que l'intégration transparente du processus dans les étapes en aval constituent quelques-uns des défis liés à la construction de structures en treillis.

Comment Lattice Designer sur 3DEXPERIENCE peut vous aider

Le rôle « Lattice Designer », disponible sur la plateforme 3DEXPERIENCE, offre une solution évolutive permettant de relever ces défis. Il facilite la conception, de l'idée initiale jusqu'à la conception détaillée, de structures en treillis complexes qui étaient auparavant impossibles à réaliser.

Impression 3D d'une structure en treillis

L'application Lattice Designer guide l'utilisateur tout au long du processus de conception, notamment lors de la définition des zones à remplir avec des treillis afin de créer des géométries de treillis conceptuelles et détaillées. La géométrie de treillis ainsi créée peut être facilement et directement utilisée avec des applications d'impression 3D.

Il s'appuie sur un modeleur géométrique CATIA performant et permet aux utilisateurs de :

• Créez des motifs de treillis réguliers et irréguliers à partir de poutres 3D.
• Conception à l'aide de surfaces minimales triplement périodiques (TPMS) pour des applications avancées.
• Parfaitement intégré à d'autres domaines, notamment SIMULIA pour la validation structurelle, DELMIA pour la préparation de la fabrication et CATIA Visual Scripting. Les modèles générés par Lattice Designer peuvent être utilisés dans Fluid Dynamics Engineer (FMK) pour des calculs de dynamique des fluides (CFD), tels que l'analyse du transfert thermique.
• Exportez directement vers des formats compatibles avec les imprimantes 3D, tels que STL, AMF et 3MF.

Comment fabrique-t-on des structures en treillis ?

Le processus de travail comprend plusieurs étapes principales : création de la géométrie, définition des cavités, conception conceptuelle du treillis et conception détaillée. La géométrie initiale peut être un volume solide ou un ensemble géométrique ordonné. Avant d'attribuer des cavités, il faut définir la surface ou le volume du treillis à l'intérieur de la pièce. Pour cela, le rôle « Lattice Designer » propose un ensemble de commandes à utiliser dans les options d'exploration de la conception du treillis. Pour les débutants, il existe également un assistant de conception de treillis qui guide l'utilisateur pas à pas tout au long du processus de conception.

L'assistant de conception de réseaux

Formation de caries

Une fois la géométrie solide disponible, les applications de conception de treillis peuvent être utilisées pour lancer la modélisation des treillis. La commande « Cavity Volumes » (Volumes de cavités) permet de calculer le volume à remplir par des structures en treillis. Les volumes de cavités offrent la possibilité de créer une cavité à l'aide de plusieurs méthodes différentes, telles que le remplissage de coques, l'assemblage d'éléments ou la découpe d'éléments. Une fois les cavités définies, l'étape suivante consiste à utiliser Lattice Concept Manager pour attribuer un modèle de treillis aux cavités prédéfinies du corps d'origine.

Création des cavités en treillis

Construire le réseau conceptuel

Les types de réseaux peuvent être rectangulaires, circulaires, conformes ou même définis sur mesure. Les types Motif peuvent être des surfaces minimales triplement périodiques (TPMS) ou des barres. Le type « Barres » offre un pas constant dans les trois directions. Les réseaux TPMS peuvent être créés à partir de différents types de cellules, tels que Diamond, Fisher Koch et Gyroid. Ces réseaux peuvent être personnalisés, ce qui permet d'optimiser les performances et la fabricabilité.

Définition de différents treillis conceptuels

Sur l'image ci-dessous, la première cavité est remplie à l'aide de barres et de cellules en couronne afin de créer un treillis de forme rectangulaire. Les deuxième et troisième cavités de cet exemple sont remplies respectivement d'un treillis rectangulaire et d'un treillis circulaire. Une fois la conception du treillis terminée, l'option « Informations sur le concept » permet de déterminer les données relatives à l'économie de matière.

Un exemple de réseau conceptuel

Génération du réseau détaillé

L'étape suivante du processus consiste à générer la conception détaillée du treillis. Celle-ci offre des options de contrôle telles que le lissage et la décimation, qui permettent de régler l'intensité du fondu appliqué aux transitions entre les volumes en treillis et les volumes pleins, ainsi que la connexion entre les réseaux de treillis. Une vue en coupe de la structure détaillée du treillis est présentée ci-dessous.

Une conception détaillée et finalisée du treillis

Au-delà de la conception par treillis

La géométrie en treillis peut être utilisée dans n'importe quelle autre application de conception ou d'ingénierie, car elle a été créée sous forme de géométrie réelle. Un cas d'utilisation courant consiste à l'importer dans les applications SIMULIA afin de créer un modèle structurel et d'effectuer des simulations de conception. Les résultats de ces simulations permettent d'évaluer la résistance et les performances de la conception et de mettre en évidence les points à améliorer.

Résultats de simulation structurelle obtenus avec SIMULIA

La fonction Lattice Designer sur 3DEXPERIENCE est bien plus qu'un simple outil de base. Elle permet de concevoir des structures en treillis complexes, légères et faciles à fabriquer, donnant ainsi aux concepteurs les moyens de repousser les limites de l'innovation en matière de conception de produits.

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