Centre d'application des technologies énergétiques de Siemens

Le Centre d'application des technologies énergétiques (TAC) de Siemens Energy est un centre de conception et de réalisation de solutions industrielles rapides de classe mondiale pour le marché industriel. Elle fournit des solutions de conception, d'ingénierie et de prototypage rapide pour les problèmes industriels en utilisant une variété de technologies pour atteindre ses objectifs, y compris la robotique, la numérisation, les outils numériques et la fabrication additive et soustractive.

Le TAC (Centre d'application des technologies énergétiques) soutient l'activité d'ingénierie mondiale de Siemens Energy et résout les problèmes de conception et d'ingénierie pour de nombreux clients. Le dernier ajout au portefeuille de technologies du TAC est Simulation de Markforged, qui permet aux ingénieurs de tester virtuellement la résistance et la rigidité de leurs pièces dans le cadre de leur flux de travail Eiger™. Grâce à cela, ils peuvent optimiser l'utilisation et l'emplacement des supports de fibres continues ajoutés aux impressions afin d'équilibrer la résistance des pièces avec le temps et le coût d'impression.

Le défi

Siemens Energy produit de grandes turbines à gaz utilisées pour produire de l'électricité pour des clients du monde entier. Elles contiennent plusieurs anneaux d'ailettes statiques qui dirigent le flux de gaz chauds après l'allumage du carburant du moteur. Ces ailettes en Inconel contiennent des revêtements céramiques qui les protègent contre des températures pouvant atteindre 2200 °C. Siemens Energy utilise The Digital Forge pour tester en continu les composants et faire évoluer les idées de conception qui contribuent à l'amélioration de l'efficacité des turbines à gaz.

La thermographie à air chaud est l'une des technologies utilisées pour valider les nouvelles idées au sein du TAC. Lors de l’utilisation de cette technique, de l'air chaud passe à travers les canaux de refroidissement internes de l'aube tandis qu'une caméra infrarouge est utilisée pour imager le résultat de l'excitation thermique sur la surface de la pièce. Les ingénieurs recherchent des zones d'usure excessive ou de dégradation du revêtement céramique, ainsi que tout signe d'allongement sous contrainte.

Les aubes, qui pèsent en moyenne 7 kg et mesurent jusqu'à 90 cm de long, doivent être maintenues fermement dans un dispositif lorsque de l'air chaud pouvant atteindre les 315 °C passe dessus pour simuler les conditions de fonctionnement d'un moteur. La chute d'une girouette peut entraîner des milliers de dollars de dommages. De plus, il serait difficile de déterminer si les dommages ont été causés par l'usure normale du moteur ou par la chute de la girouette sur le sol.

Auparavant, une fixation en métal et en joint était utilisée pour maintenir les aubes pendant ces tests. Mais l'usinage de ces accessoires pouvait prendre jusqu'à six semaines et le moulage des joints en silicone coûtait jusqu'à 10 000 dollars. L'équipe du TAC a donc commencé à les produire en Onyx avec un pourcentage élevé de fibres de carbone continues pour s'assurer qu'elles seraient suffisamment solides pour maintenir les aubes en toute sécurité. Mais cela se traduisait parfois par des délais d'impression plus longs que prévu et des pertes de matériel.

La solution

La Simulation de Markforged permet à l'équipe du TAC de créer des montages durables de manière plus rapide et plus rentable. Lorsqu'ils ont eu l'occasion de tester une version bêta d'Eiger™ intégrant le nouvel outil de simulation, ils y ont vu l'opportunité d'optimiser leurs montages personnalisés en termes de résistance et de temps d'impression.

La simulation a révélé que les concepteurs de pièces ajoutaient souvent plus de fibres de carbone que nécessaire pour atteindre la résistance requise des montages, parce qu'ils n'avaient aucune confiance dans l'impact du renforcement par fibres continues (CFR) sur la résistance ou la rigidité de leurs pièces. La simulation les a aidés à surmonter ce problème de connaissances en leur donnant une plus grande confiance dans l'impact que la CFR ajoute à leurs conceptions. Cela leur a permis de réduire l'utilisation de la fibre de carbone jusqu'à 60 % et de diminuer les temps d'impression jusqu'à 75 %.

L'équipe du TAC a également découvert que la Simulation permettait d'optimiser la conception en une fraction du temps nécessaire qu’un ingénieur met pour soumettre la conception de l'appareil à l'analyse par éléments finis (FEA) traditionnelle. L'outil Simulation de Markforged guide l'utilisateur dans l'application des conditions limites et est optimisé pour les matériaux Markforged utilisés dans la pièce. En outre, il permet à l'équipe du TAC d'effectuer efficacement cette analyse structurelle dans le cadre de son flux de travail Eiger™.

Le défi

Pour certains types d'applications d'inspection de précision, des bras robotisés sont utilisés pour positionner les capteurs à proximité des pièces à tester. Le sac à dos est un plateau posé sur l'"avantbras" du robot Il contient des contrôleurs logiques programmables, des capteurs, des systèmes d'air et d'autres composants pour soutenir les capteurs en bout de bras. Le TAC crée différentes configurations de sacs à dos pour accueillir différents ensembles de capteurs. Au cours du développement de l'application, le nombre et le type de capteurs situés sur l'effecteur du robot peuvent varier, ce qui entraîne une modification de la configuration du sac à dos.

La fabrication des sacs à dos traditionnels en métal prend beaucoup de temps, ce qui limite la fréquence à laquelle la conception du sac à dos peut être modifiée au cours du projet. L'un des inconvénients de l'impression 3D pour les grands sacs à dos est qu'ils sont généralement plus souples que les sacs à dos métalliques traditionnels et qu'ils ne résistent pas au transfert d'informations inertielles non désirées au bras du robot.

La solution

La production des sacs à dos pour bras de robot dans Onyx permet à l'équipe du TAC de modifier rapidement la conception du sac à dos. Par exemple, ils peuvent facilement ajouter de nouveaux points de fixation et d'autres caractéristiques nécessaires à chaque nouvelle version. Grâce à Simulation de Markforged, il est possible d'obtenir rapidement des propriétés structurelles optimales, ce qui permet de concilier le temps de fabrication et la nécessité d'avoir des structures plus rigides. Simulation permet à l'équipe du TAC de voir où se situent les faiblesses de la conception avant l'impression.

L'équipe du TAC a adopté Simulation de Markforged parce que cet outil lui offre plusieurs avantages clés. Tout d'abord, il lui fournit une analyse structurelle rapide et précise de la conception des pièces, ce qui leur permet de trouver un équilibre entre des délais d'impression qui se doivent d’être rapides et l'exigence de pièces structurellement solides. Ces données l’aident également à faire valoir les capacités structurelles des pièces produites par impression 3D lors des discussions avec ses clients.

L'équipe du TAC a également découvert que Simulation de Markforged peut l'aider à déterminer l'orientation optimale de l'impression pour chaque pièce, ce qui a un impact non seulement sur la résistance de la pièce mais aussi sur le temps d'impression.

Au fur et à mesure de l'évolution de ce logiciel, l'équipe du TAC a été convaincue qu'il deviendra un outil essentiel dans le développement de pièces imprimées en 3D par fabrication par filament fondu (FFF).