Les simulations informatiques modernes permettent de représenter numériquement avec précision des objets et les impacts auxquels ils peuvent être soumis. Cette méthode trouve une excellente application notamment dans le développement de produits qui, par leur finalité, doivent présenter une résistance élevée. Chez Knauf Industries, elle est utilisée quotidiennement dans la conception et le développement d'emballages de transport modernes en matières plastiques PPE et PSE.
Pourquoi utiliser la conception assistée par ordinateur ?
La simulation informatique consiste à copier des objets et des systèmes entiers et à étudier leur comportement dans différentes conditions. En simulant les charges très variables auxquelles un produit peut être soumis, il est très facile d'éliminer ses points faibles et de procéder à des ajustements. Tout se passe dans l'espace virtuel, ce qui, du point de vue de la conception, permet d'éviter tout gaspillage de matières premières et de gagner du temps, puisque les modifications peuvent être effectuées d'un simple clic. Même des modifications très poussées peuvent être effectuées à plusieurs reprises dans le modèle numérique 3D, et le prototype final est presque prêt pour la production. Mais surtout, la simulation numérique permet de mettre en œuvre des innovations même très audacieuses et de personnaliser avec précision des contenants et des emballages sur mesure, sans engendrer de coûts supplémentaires.
Systèmes de CAO – comment les utiliser efficacement ?
CAO est l'abréviation de conception assistée par ordinateur. Ce nom est généralement utilisé pour le logiciel AutoCad d'Autodesk non seulement, mais aussi pour toute une série d'outils différents de CAO, d'IAO (ingénierie assistée par ordinateur) et de FAO (fabrication assistée par ordinateur), qui sont utilisés par les ingénieurs, par exemple pour calculer les paramètres de résistance d'une structure, puis dans le processus de fabrication dans le cadre de la conception pour la fabrication (DFM). Autrefois, il s'agissait de programmes distincts, mais aujourd'hui, les frontières entre eux s'estompent, car les systèmes de CAO traditionnels sont complétés par des modules de FAO et d'IAO. C'est ainsi qu'une plate-forme de conception unifiée est créée, mais chacun de ces modules trouve toujours son application spécifique dans une industrie particulière.
Les outils d'IAO dans le secteur automobile ont permis d'accélérer considérablement le développement des produits, de réduire les coûts et, en même temps, d'améliorer la sécurité, le confort et la durabilité – tant des pièces automobiles que des véhicules eux-mêmes. Il en va de même pour les emballages utilisés dans les transports. Un rôle décisif, dans ce cas, est joué par la fiabilité de la cartographie des charges et des contraintes auxquelles les pièces individuelles peuvent être soumises dans diverses situations pendant le chargement, le transport et le stockage.
Systèmes de CAO 2D et 3D pour la conception d'emballages plastiques réutilisables
Il existe deux types de systèmes de conception CAO : 2D et 3D. Les premiers agissent comme une planche à dessin virtuelle et sont donc souvent utilisés, par exemple, pour des croquis conceptuels. Les programmes 3D sont beaucoup plus avancés et permettent de modéliser des structures complexes dans l'espace. Ils sont plus souvent utilisés pour la conception d'emballages en PPE ou en PSE. Des possibilités encore plus étendues sont offertes par les logiciels de type IAO, qui ont non seulement pour fonction d'effectuer des calculs de résistance de divers types d'objets, mais permettent également de vérifier leur comportement sous certaines charges, vibrations ou températures. Chez Knauf Industries, nous effectuons des tests sur nos produits dans des conditions réelles afin de pouvoir ensuite corréler les résultats obtenus avec la simulation informatique et assurer sa grande fiabilité. En outre, notre logiciel spécialisé nous permet de reproduire avec précision la forme des pièces transportées et de la transférer directement dans le moule d'emballage. Si même le client ne dispose pas d'un modèle 3D de la pièce en question, nous pouvons en fabriquer un en cartographiant un produit déjà existant à l'aide de la technologie de numérisation 3D et d’ingénierie inversée.
Comment accélérer le processus de conception avec un logiciel d'IAO ?
Les programmes de conception assistée par ordinateur utilisés aujourd'hui ont déjà atteint un tel degré de capacité prédictive que le processus de vérification de la conception est largement virtuel. Les analyses effectuées à l'aide des logiciels d'IAO éliminent non seulement la nécessité de préparer d'autres prototypes, mais permettent également de trouver et de corriger à l'avance les faiblesses de la conception. Nous disposons désormais d'outils hautement spécialisés qui nous permettent de soumettre nos emballages en PPE et en PSE à toute une série de tests mécaniques statiques et dynamiques, ainsi qu'à des simulations de transfert thermique. Dans des conditions réelles, cela nécessiterait des mesures physiques qui n'offrent pas une fiabilité et une précision aussi élevées. Les outils développés à ID lab permettent de déterminer sans équivoque les performances des emballages que nous produisons à partir de différents matériaux, tels que le PPE, le PSE et les thermoplastiques. La fiabilité de la reproduction de situations réelles est cruciale dans ce cas, car les emballages utilisés dans le transport sont parfois soumis à des charges extrêmes, c'est pourquoi nous continuons à élargir notre base de données.
Exemples de modélisation tridimensionnelle et de simulation informatique d'emballages Knauf Industries
L'un des tests que nous utilisons est une simulation par ordinateur de la chute d'une pièce métallique sur un emballage depuis une certaine hauteur. De cette manière, il est possible de déterminer avec précision le niveau de résistance de la structure, le degré de déformation et le pouvoir d'absorption du matériau, et donc de vérifier l'efficacité de la protection du contenu contre les dommages. Ces simulations dynamiques permettent également de prévoir d'autres scénarios, comme la chute d'un colis vide, d'un colis avec un contenu spécifique, et bien d'autres cas.
Les essais statiques, quant à eux, consistent à vérifier, par exemple, dans quelle mesure un emballage se déforme lorsqu'un autre conteneur avec son contenu est placé sur lui. Dans ce cas, le vecteur des forces agissant sur le produit est dirigé de haut en bas, mais les forces agissant sur un conteneur placé sur le dessus peuvent également être testées. La visualisation de la déformation permet de déterminer avec le client un degré de déformation acceptable et d'apporter d'éventuelles modifications impliquant, par exemple, d'augmenter la densité du matériau utilisé, l'épaisseur de la paroi ou même de remplacer le matériau. La simulation thermique des emballages est également une étude extrêmement utile. Il est essentiel de déterminer comment les températures se propagent, notamment dans les secteurs des produits de grande consommation ou de la médecine. Un tel test peut consister à simuler un glaçon dans un emballage, par exemple.
Conception d'emballages assistée par ordinateur – partenariat avec Knauf Automotive
L'éventail des tests réalisés dans les laboratoires de Knauf Industries est beaucoup plus large et peut également inclure d'autres domaines d'analyse, des pièces réalisées avec d'autres matériaux ou même des assemblages de pièces finies. Nous sommes maintenant en mesure d'étudier, par exemple, la résistance d'une banquette arrière renforcée par un insert en aluminium ou en acier, ou le comportement d'un repose-pieds de voiture ou même d'un siège entier lors d'un impact. Les simulations numériques sont actuellement un domaine intensivement développé dans l'activité de Knauf Industries, car elles constituent le point de départ optimal pour améliorer systématiquement notre portefeuille et rechercher de nouvelles applications pour nos matériaux et technologies dans les domaines de la sécurité, de l'efficacité énergétique et du design. Elles nous permettent également d'effectuer des analyses de faisabilité et de coûts méticuleuses. Nous serions heureux de vous conseiller et vous invitons à nous contacter.