Conception Générative : Optimisation du Coupleur de Souffleur pour alveo

Aperçu

IMT a optimisé un accouplement de souffleur pour alveo, en mettant l'accent sur une perte de pression minimale, l'efficacité des matériaux et une géométrie optimisée pour l'écoulement. En utilisant la conception générative et la fabrication additive, la pression différentielle a été réduite de 13 %, en utilisant moins de matériau.

Figure 1 : assemblage de souffleur alveo avec accouplement de souffleur

Arrière-plan

Le développement de composants mécaniques complexes nécessite des méthodes innovantes pour améliorer l'efficacité et la performance. IMT a utilisé la conception générative pour optimiser le coupleur de souffleur pour alveo, visant à réduire la pression différentielle et le volume interne tout en minimisant l'utilisation de matériaux. Toutes les variations de conception ont été fabriquées par ajout et testées pour valider la meilleure solution, atteignant une réduction de 13 % de la pression différentielle par rapport à la conception originale. Ce succès a souligné que le plein potentiel de la conception générative n'est réalisé que grâce à la fabrication additive, qui permet des structures optimisées pour l'écoulement.

Introduction

Les dispositifs de technologie médicale moderne connaissent une demande croissante pour une performance améliorée et une efficacité des ressources. IMT a été chargé de développer un coupleur de souffleur pour un simulateur de poumon conçu pour sa filiale, IMT Analytics. L'objectif était de minimize la perte de pression et le volume interne tout en utilisant efficacement les matériaux. Cela a été accompli grâce à des pratiques d'ingénierie traditionnelles et à l'utilisation d'outils comme Autodesk Fusion 360, un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), et Ansys FLUENT, un logiciel de dynamique des fluides computationnelle (DFC).

Qu'est-ce que le design génératif ?

La conception générative utilise des algorithmes et de l'intelligence artificielle pour créer des géométries de composants optimisées. Les ingénieurs définissent les conditions, telles que les exigences fluidiques et les contraintes matérielles, tandis que le logiciel génère plusieurs solutions potentielles inspirées des structures naturelles. La meilleure géométrie est déterminée par des simulations itératives. Cette méthode est particulièrement efficace avec la fabrication additive, qui peut produire des formes complexes que la fabrication traditionnelle ne peut pas.

Optimisation par la conception générative

Figure 2 : Itérations du coupleur de souffleur

1. Conception et simulation manuelles

Un ingénieur expérimenté a d'abord modélisé une géométrie conventionnelle pour le coupleur de souffleur. Cela a été simulé et testé avec FLUENT. La première version a ensuite été fabriquée par ajout et mesurée avec précision pour obtenir des données précises afin de valider la simulation.

2. Conception générative avec Fusion 360

La même tâche a été confiée à un algorithme de conception générative dans Fusion 360. Le moule généré a également été simulé, puis fabriqué par ajout et mesuré. Les résultats des tests ont montré que cette variante avait des performances inférieures à celles du modèle développé manuellement en raison de paramètres d'entrée inappropriés, tels que des exigences fluidiques incorrectes et des contraintes matérielles.

Figure 3 : Variantes de coupleurs produites par conception générative

La correction des paramètres a amélioré les résultats. De plus, des structures en treillis ont été mises en œuvre pour optimiser davantage l'utilisation des matériaux. Ces structures en treillis réduisent considérablement le poids et le matériau tout en préservant l'intégrité structurelle. De tels designs étaient particulièrement bénéfiques dans les composants optimisés pour l'écoulement, favorisant une distribution uniforme de l'air.

Figure 4 : Réduction de matériau utilisant une structure en treillis

3. Optimisation fine

La dernière itération présentait une forme conçue optimisée par le morphing de maillage dans FLUENT.

Cette version a été fabriquée par fabrication additive et mesurée, ce qui a entraîné une réduction de 13 % de la pression différentielle tout en utilisant moins de matériau, en maintenant le même volume, en modifiant les épaisseurs des parois et en introduisant une structure en treillis pour améliorer encore les performances. Cette forme optimisée n'a pu être réalisée que par fabrication additive, car les méthodes conventionnelles ne peuvent pas créer de telles structures complexes et optimisées pour l'écoulement.

La dernière itération a combiné la forme axée sur l'ingénierie avec des optimisations supplémentaires utilisant le morphing de maillage dans FLUENT. Ce processus a impliqué le raffinement de la géométrie en fonction des résultats des simulations initiales, conduisant à un design plus efficace et performant.

Figure 5 : Conception finale

Conclusion

La conception générative est indéniablement efficace pour optimiser les formes, mais ne remplace pas l'expertise critique des ingénieurs. Les solutions les plus substantielles proviennent d'une combinaison décisive de principes d'ingénierie classiques, de techniques de simulation avancées et de conception générative. Dans les phases finales de nos projets, nous avons utilisé avec confiance la fabrication additive et des mesures précises pour valider nos résultats, atteignant une réduction remarquable de 13 % de la pression différentielle.

De plus, les avantages complets de la conception générative ne se réalisent exclusivement qu'à travers la fabrication additive, permettant des géométries optimisées pour un meilleur flux. Chez IMT, nous nous engageons à tirer parti de la conception générative pour développer des solutions innovantes qui répondent et dépassent les défis complexes de nos clients.