18 Avril 2022

L’innovation est un processus coûteux qui comporte certains risques. Concevoir un produit qui n’a pas son égal sur le marché équivaut à chercher un interrupteur dans une pièce plongée dans l’obscurité. Beaucoup d’approximations successives, d’essais et de planification.

Il est plutôt risqué de se lancer dans le processus de développement d’un produit en sachant que ça implique de communiquer avec les fournisseurs pour produire les composants et les prototypes (sans mentionner les délais d’approvisionnement, d’assemblage et de mise à l’essai), de constater d’éventuelles erreurs de conception, de retourner à la planche à dessin et de recommencer à plusieurs reprises.

Par contre, grâce à la simulation numérique, les entreprises peuvent atténuer les risques attribuables au développement d’un nouveau produit, réduire le temps de conception, valider le rendement attendu et soulever les problèmes potentiels.

Voilà comment Creaform Ingénierie a pu optimiser la performance du produit Tero : en abordant des aspects cruciaux tels que le temps de cycle, le contrôle des odeurs et la résistance structurale. En exploitant les logiciels de simulation numérique les plus évolués, les experts en analyse par éléments finis (AEF) et en mécanique des fluides numérique (MFN) chez Creaform ont pu effectuer des analyses sur la structure, la thermique et la dynamique des fluides avec brio.

L’équilibre parfait

À la suite de la phase de design industriel, Tero a demandé à Creaform Ingénierie de se pencher sur tous les éléments fonctionnels du développement de produit, de l’aspect mécanique à l’ingénierie électrique et électronique.

Le point culminant visait à déterminer le circuit emprunté par l’air, du moment où il entre dans l’appareil jusqu’au moment où il en sort, en passant par le filtre au charbon. Entre l’entrée et la sortie, l’air est chauffé et sert à assécher le mélange de résidus alimentaires. Il fallait trouver un équilibre convenable; si le mélange devait sécher trop rapidement, le filtre ne retiendrait pas l’air assez longtemps pour éliminer les odeurs.

D’une part, l’air doit passer lentement dans le filtre au charbon, de façon à éliminer les odeurs. D’autre part, il faut beaucoup d’air pour assécher le mélange rapidement et conserver un temps de cycle relativement court. Et donc, la quantité d’air dans le filtre était directement liée à l’intensité des odeurs émanant de l’appareil.

Afin de trouver l’équilibre parfait, les ingénieurs de Creaform ont effectué une simulation numérique du débit d’air dans la machine. Leur objectif était de comprendre comment l’énergie fournie au système pouvait être employée pour assécher le mélange et emprisonner l’air de façon optimale.

Laboratoire d’essai virtuel

La simulation numérique a permis aux experts chez Creaform de visualiser le circuit que l’air allait emprunter afin de gérer et d’optimiser la consommation d’énergie et l’efficacité. Grâce aux simulations AEF et MFN, ils ont également pu effectuer la modélisation mathématique des problèmes physiques liés aux matériaux, comme la résistance, la fatigue, le comportement à long terme et les risques d’usure et de bris.

En utilisant les plus récents logiciels de MFN, les ingénieurs chez Creaform ont résolu des équations de transfert thermique et de conservation de la quantité de mouvement. À l’aide de leur savoir-faire, ils ont trouvé des solutions permettant de réduire au minimum les pertes par la charge et, par conséquent, de rationaliser la consommation d’énergie de l’appareil Tero. Ils sont également parvenus à réduire le temps de cycle, c’est-à-dire de réduire le temps de marche et de limiter la puissance du ventilateur pour assurer un fonctionnement silencieux.

Grâce aux simulations numériques, Creaform Ingénierie a pu améliorer le produit et développer une solution optimale dans le respect des paramètres établis. L’expérience des ingénieurs en matière de mécanique des fluides et de transfert thermique a été grandement utile pour Tero, sans oublier les avantages de la simulation MFN. En effet, le développement du produit a pris moins de temps que prévu, et la performance de l’appareil a connu une nette amélioration.

Analyse structurelle

Le processus d’analyse structurelle a permis à l’équipe de sélectionner des matériaux affichant une grande résistance à la chaleur et à la fatigue. Les pièces ont été modélisées et analysées de façon à cibler les risques de bris potentiels pendant le fonctionnement. En outre, pour estimer la durée d’utilisation de chaque composant, les ingénieurs ont déterminé la température à laquelle les pièces pouvaient résister, et la quantité d’effort qu’elles pouvaient subir.

Après avoir établi les spécifications, les ingénieurs ont créé des éléments finis, soit de petites cellules que l’on peut examiner individuellement. Comme il est difficile de calculer la robustesse d’une pièce entière, il est préférable d’évaluer des cellules simples, décomposées, chacune affichant ses propres caractéristiques.

Il arrive que certaines pièces produites à l’étranger, n’étant pas assorties de renseignements concernant leurs propriétés, entraînent un fonctionnement inhabituel de l’appareil. Les ingénieurs ont résolu ce problème en effectuant des analyses détaillées pour limiter l’usure prématurée pouvant être causée par le regroupement de pièces de plastique moulées et de composants mécaniques.

Confiance en la fiabilité du produit

De petits réglages ont été apportés vers la fin du projet Tero pour accroître la résistance de certaines pièces et pour garantir la fiabilité du produit final. Des matériaux ont été remplacés et des parois ont été renforcées pour améliorer la performance.

Puisque certains matériaux s’affaiblissent au cours des cycles de fonctionnement répétés, l’analyse structurelle a permis de prédire le comportement et la fatigue des matières polymères et métalliques. Grâce à l’analyse numérique de l’appareil en fonctionnement, soumis à des limitations matérielles, les simulations ont éliminé le besoin d’effectuer les quelque 100 000 cycles de service requis.

Un nombre incalculable de prototypes virtuels

À l’aide de la simulation numérique, les ingénieurs ont reproduit des comportements difficiles à recréer dans le cadre d’essais physiques étant donné leur nature dangereuse, coûteuse ou chronophage. Par conséquent, Creaform a pu effectuer des essais supplémentaires, remplacer certains essais physiques et, par-dessus tout, diriger les essais dès le début du développement.

En bref, grâce à la simulation numérique, Tero a accéléré à la fois le processus de développement et la mise en marché de son produit.

Pourquoi choisir Creaform Ingénierie pour les simulations MFN et AEF?

Il faut l’admettre, les simulations MFN et AEF sont coûteuses et peu accessibles. Toutefois, en faisant équipe avec Creaform Ingénierie, Tero n’a pas eu besoin d’acquérir les connaissances et les compétences à l’interne, ou d’acheter des ordinateurs puissants et des logiciels de simulation dispendieux.

Le choix était judicieux : Creaform Ingénierie détient non seulement le savoir-faire en matière de MFN et d’AEF, mais aussi l’expérience découlant des nombreux développements de produits auxquels l’équipe a participé. En seulement quelques mois, les membres de l’équipe ont achevé le développement et la mise à l’essai du produit, atteint la performance souhaitée et satisfait les normes de certification en vigueur. La production en série pouvait enfin commencer.

Un produit durable utilisé avec plaisir et confiance

À l’aide de la simulation numérique, l’équipe a pu explorer le concept du design bien au-delà de ce que permettent les essais physiques. Puisque les modèles numériques sont naturellement instrumentés et s’alimentent des mesures qu’ils prennent, ils gagnent toujours en précision et ciblent les problèmes à résoudre pour améliorer le produit.

Et donc, le laboratoire virtuel découlant des simulations numériques a permis à l’équipe-conseil de Creaform de tester des variantes de conception rapidement et de constater leur impact sur la performance de l’appareil. Entre autres choses, l’équipe a pu optimiser le temps que prend l’air pour passer à travers le filtre afin d’éliminer les odeurs, et améliorer le débit d’air et la répartition de la chaleur pour maximiser l’efficacité du séchage.

Le niveau de performance et de qualité atteint a permis à l’appareil Tero de devenir un produit robuste et fiable que les gens utiliseront longtemps, avec plaisir et confiance.

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