Simulation Rhéologie – de la modélisation 2D1/2 à la thermique 3D

VISIONS
Simulation Rhéologie – de la modélisation
2D1/2 à la thermique 3D transitoire
La simulation 3D du procédé d’injection de polymère est apparue
dans les entreprises il y a approximativement une dizaine d’année.
Dans la continuité des codes de
calculs 2D, le passage à la troisième dimension a beaucoup
apporté : précision géométrique,
meilleure résolution dynamique
de la cinématique de la phase
remplissage, localisation plus précise des surfaces de recollement,
prise en compte des effets inertiels.
il subsiste encore néanmoins des
difficultés de modélisation qui
rendent la pratique de celle-ci
complexe. La modélisation du
comportement des matériaux polymères, les problèmes à l’échelle
microscopique (voir en deçà), la
dynamique outillage, restent notamment des points difficiles.
La modélisation géométrique 3D
a ouvert notamment les portes de
la simulation numérique aux produits à fortes épaisseurs pour lesquels le ratio épaisseur/longueur
invalidait l’hypothèse « modèle
coque habituelle ». Pour de nombreux cas de figure, la modélisation géométrique 2D de pièces 3D
était un exercice périlleux et bien
souvent trop risqué pour engager
des travaux de conception numérique pertinents.
La simulation du procédé d’injection de polymère s’est intéressée
pendant de nombreuses années
principalement à la cavité moulante, la pièce à proprement dite.
Les efforts de conception numérique se sont alors focalisés sur
les problématiques de la phase de
remplissage/maintien en se satisfaisant d’une modélisation « thermique outillage » simpliste (champ
de température de l’outillage
homogène). Dans le meilleur des
cas, la modélisation de la régulation thermique outillage intégrait
un couplage faible : modélisation
des circuits de régulation et calcul
du champ de températures stationaires.
Il existe aujourd’hui un nombre
plus important que par le passé
d’éditeurs logiciels qui proposent
des solutions. On ne dénombre
pas moins de sept éditeurs positionnés sur ce marché et les publications sur ce sujet continuent
d’abonder particulièrement. Ceci
est la preuve d’un bon dynamisme
et la marque d’un nouvel engouement. Qu’en est-il réellement ?
Même si les progrès sont notoires,
Figure 1 : Modélisation
3D Système de Régulation
Thermique
Cheminement 2D, 3D,
thermique
outillage
transitoire
Les principales problématiques
considérées sont alors :
• dimensionnement des systèmes
d’alimentation
• définition de chemins préférentiels
• équilibrage d’empreintes
• dimensionnement bloc chaud
• dimensionnement des seuils, etc.
L’émergence des codes 3D n’a
pas bouleversée cette vision dans
un premier temps. En effet, la
3D a permis d’ajouter le champ
des pièces 3D au panel des cas
« simulables ». La vision des
cinématiques de remplissage et de
Figure 2 : Exemple de résultat thermique 3D Outillage (MOPLA)
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04 / 2012
compactage en trois dimensions
a permis de mieux comprendre
les phénomènes et d’améliorer de
manière significative la conception
de ce type de pièce. L’intégration
des effets inertiels dans les
équations ont permis de mettre en
exergue des phénomènes métiers
importants comme le jet libre.
D’un point de vue pratique, la modélisation 3D jouit d’un avantage
certain, il n’est plus nécessaire de
créer un modèle CAO 2D1/2 (fibre
neutre) dédié. Le maillage volumique permet de s’affranchir de ce
problème.
VISIONS
Après la révolution 3D, le métier de
la rhéologie (simulation du procédé
d’injection) est en train de vivre
une seconde évolution majeure :
la thermique outillage transitoire.
Placée longtemps au second plan,
la thermique outillage occupe
désormais le devant de la scène
en rhéologie. Tous les acteurs
du domaine s’accordent à dire
qu’une modélisation simplifiée des
échanges de chaleur entre la pièce
et l’outillage est insuffisante pour
mettre en exergue des points clés
du procédé :
• Estimation plus précise des temps
de cycle,
• Estimation du nombre de cycle
pour atteindre l’état stationnaire
(cyclage)
Les éditeurs logiciels ont compris
cette évolution et les attentes du
marché (pièces techniques) en
proposant des évolutions dans ce
sens. Cet engouement s’explique
aussi par l’émergence de nouvelles
approches technologiques pour
concevoir les systèmes de régulation thermique des outillages
(conformal cooling, strato-conception, etc). La performance d’un
outillage dépend fortement de la
qualité de son système de régulation thermique : temps de cycle,
maîtrise des retraits, gauchissement des pièces.
Un système de régulation thermique mal conçu est bien souvent la cause des nombreux dysfonctionnements. La maitrise des
échanges thermiques au sein de
l’outillage est cruciale. Les progrès
récents des codes de calcul de
rhéologie permettent de prendre
en compte le procédé d’injection
dans sa globalité. La modélisation
des échanges thermiques dans la
totalité du domaine de simulation
permet d’anticiper plus efficacement les problèmes de conception.
Cette évolution est significative
dans la mesure où elle réunit les
intérêts des deux métiers cœur de
la plasturgie : les transformateurs
et les outilleurs. Il est difficile de
faire l’un sans l’autre, même en
simulation.
La simulation numérique du procédé d’injection est loin d’avoir
atteint sa complétude, il reste bon
nombre de sujets ouverts. Parmi
ceux placés en haut de la liste, on
citera la modélisation des matériaux polymères semi-cristallins.
Aujourd’hui, les modèles de cristallisation des polymères peinent
à intégrer les codes industriels. La
principale explication réside dans
la difficulté de caractériser efficacement et à moindre coût les pro-
priétés thermodynamiques nécessaires à la mise en données des
modèles de cristallisation. Le deuxième sujet d’importance concerne
les problèmes relatifs aux défauts
d’aspects pour lesquels la modélisation macroscopique actuelle ne
peut répondre.
Le PEP – Centre technique de la Plasturgie compte un département Conception
& Simulation, disposant de l’ensemble des logiciels métiers pour apporter aux
entreprises les outils et les compétences nécessaires à leur compétitivité.
Il dispose également des solutions métiers développées par les sociétés
Autodesk et Sigma Engineering
L’utilisation de logiciels performants dédiés à la plasturgie combinée à la
compétence et aux connaissances des équipes du PEP permet de :
• Définir la thermique de l’outillage
• Prédire le résultat de l’injection
• Optimiser les paramètres d’injection
• Améliorer la qualité de la pièce obtenue
Toute l’information sur notre département Conception & Simulation :
http://www.poleplasturgie.net/simulation-dinjection-rheologie.html
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