Quels sont les outils de simulation utilisés pour le développement de produits plastiques écoconçus ?

Simulation, Écoconception

Publié le : 28/10/2021 par Alban Agazzi

Dans bien des situations, les outils de simulation numérique évitent aux industriels de passer par la fabrication d’éprouvettes ou de modèles physiques. Ces outils sont particulièrement utiles au développement de produits écoconçus optimisés, c’est-à-dire plus légers, fabriqués plus rapidement et en consommant moins d’énergie.

Les bénéfices de la simulation dans le développement de produits plastiques éco-conçus

Prévoir la seconde vie dès le départ : relever le défi en s’aidant de la simulation

Prévoir seconde vie dun produit des sa conception La seconde vie d’une pièce ne doit pas être considérée comme une contrainte ou quelque chose de subi. En effet, l’écoconception permet justement de prévoir la seconde vie d’un produit lors de sa création.

Par exemple, rien n’empêche de créer des éléments de machines, disposant de fonctionnalités qui ne sont pas utiles lors de la première vie (par exemple un perçage), mais qui le deviendront lorsque le produit sera démonté et que la pièce servira à un autre usage.

Lors de la conception des pièces plastique, le principal défi est alors de pouvoir anticiper très tôt ces nouvelles fonctions qui vont venir s’ajouter au cahier des charges.

Les outils de simulation et d’optimisation de la conception sont des alliés précieux, car ils permettent :

De réduire les coûts de conception et de fabrication ;
D’accélérer la conception et donc de réduire les délais ;
D’améliorer la qualité des pièces ;
D’alléger les produits ;

L’anticipation de la fatigue à l’issue de la première vie : une problématique centrale

À l’issue de sa première vie, il est normal qu’une pièce soit usée et ne possède pas les mêmes propriétés qu’au moment de sa fabrication.

Si l’étude de la fatigue de pièces est quelque chose de classique, l’intégration de la fatigue à la phase de conception n’est pas encore une réalité.

Anticiper le comportement mécanique pour prévoir la seconde vie d’une pièce plastique est complexe. En effet, cela dépend autant de la matière utilisée que des conditions de sollicitation, qui peuvent varier énormément pour un même produit.

Pour relever ce défi, il faudra notamment disposer de modèles numériques qui prédisent ce comportement ainsi que de retours d’expérience permettant de comparer les modèles à la réalité.

Cet aspect est particulièrement difficile à appréhender pour des matériaux qui intègrent des matières recyclées et qui ont par nature des propriétés variables.

Le tri des matériaux, leur classification et leur caractérisation sont ainsi au cœur des enjeux, afin de maîtriser le comportement lors de la seconde vie des produits.

La force d’IPC est de mettre ses moyens de caractérisation au service de la simulation afin d’anticiper au mieux ce comportement.

Les outils de simulation au service de l’écoconception

Simulation rhéologique

La simulation rhéologique permet d’étudier l’écoulement de la matière plastique dans un moule, par exemple en injection plastique. Étudier la rhéologie permet notamment d’analyser les défauts après moulage, d’étudier le surmoulage et de définir les systèmes d’alimentation et de mise en forme.

Les outils d’IPC

Outils de calcul mécanique

Réaliser des éprouvettes physiques et des essais mécaniques est coûteux et long. Les outils de calcul mécanique permettent de valider, dimensionner et prédire le comportement des pièces en situation d’usage.

IPC réalise des calculs en mécanique linéaire, non linéaire, statique, dynamique, flambage, fluage, fréquence, etc. en utilisant des outils multiphysiques comme Abaqus, HyperWorks ou Comsol.

Optimisation de forme / paramétrique / topologique

Ces trois méthodes ont pour but d’alléger les structures en optimisant la forme, la taille ou la topologie des pièces, afin de correspondre exactement aux exigences du cahier des charges, sans surdimensionnement. L’optimisation topologique, en particulier, est extrêmement utile en écoconception.

En utilisant des outils comme HyperWorks ou TOSCA, IPC accompagne ainsi les développeurs dans la recherche de concepts optimisés.

Optimisation thermique outillage

IPC aide les industriels à optimiser leurs procédés de plasturgie et notamment les échanges thermiques dans les outillages afin d’obtenir un refroidissement plus homogène. Cette optimisation diminue les temps de cycle et économise de l’énergie.

L’accompagnement d’IPC se traduit dans un premier temps par une étude thermique, qui conduit ensuite à une étape d’optimisation.

À l’issue de cette optimisation et selon les recommandations d’IPC, le client peut alors choisir d’aller plus loin et de se tourner vers le conformal cooling si cela est pertinent en termes de ratio coût/performance.

Voici nos applications métiers pour l’optimisation thermique outillage :

MoldTherm	Estimation du temps de refroidissement optimal d’une pièce injecté
HydroMold	Équilibrage et dimensionnement de l’hydraulique d’un outillage
MCOOL	Outil breveté IPC — Service pour concevoir la régulation optimisée