La conception de canaux de refroidissement conformes pour la fabrication additive (FA) est devenue un axe récurrent dans les travaux de recherche et développement actuels. Rendue possible par les avancées des procédés FA et de la conception computationnelle guidée par la simulation, cette approche peut améliorer de manière significative la productivité, la qualité des pièces et la manufacturabilité dans des applications telles que le moulage par injection et l’outillage haute performance. Pourtant, malgré son potentiel, le sujet reste en grande partie confiné au domaine de la R&D. L’une des raisons : les erreurs et idées reçues que rencontrent les entreprises lorsqu’elles tentent de concevoir des canaux de refroidissement conformes pour la FA.
Si un prochain dossier approfondira les projets à l’échelle de la production et les obstacles pratiques plus larges à l’adoption généralisée, cet article vise à mettre en lumière certains de ces défis liés à la conception.
Dans ce segment « Le conseil des experts », Mark Hartnett, Senior Technologist – FA chez Irish Manufacturing Research, Corrado Muner, Product Manager chez Texer Design S.r.l., et Domen Tršar, Head of Additive Technologies chez HTS, répondent chacun à une même question :
« Quelle est l’erreur ou l’idée reçue la plus courante des entreprises lors de la conception de canaux de refroidissement conformes pour la fabrication additive, et comment leur conseilleriez-vous de l’éviter ? »
Leurs réponses révèlent que les erreurs dans ce domaine sont bien plus diverses et tenaces que beaucoup ne le supposent.
Mark Hartnett, Senior Technologist, Fabrication Additive, IMR
« L’idée reçue la plus répandue concernant le refroidissement conforme pour le moulage par injection est que cette technique n’est utile que lorsque la réduction du temps de cycle est primordiale, et que le coût et le débit sont les seules raisons de s’y intéresser. En réalité, sur l’ensemble des outils de moulage par injection à refroidissement conforme sur lesquels nous avons travaillé avec des entreprises au fil des années, un seul avait pour objectif principal la réduction du temps de cycle.
Les gains les plus importants que nous obtenons grâce au refroidissement conforme consistent à éliminer des problèmes tels que le gauchissement des pièces, une mauvaise circulation du matériau et la présence de zones froides. Il est crucial d’évaluer la performance de votre moule le plus tôt possible, à l’aide d’outils de simulation validés permettant d’analyser la déformation de la pièce et la température du moule.
Une fois la performance thermique de votre outil de moulage identifiée, vous pouvez appliquer le refroidissement conforme en utilisant la simulation comme outil de conception pour optimiser la qualité de vos pièces et minimiser les problèmes après usinage (ou construction) de l’acier. »*
Corrado Muner, Product Manager, Texer Design S.r.l.
« C’est une question intéressante ! Je constate souvent qu’une erreur courante dans la conception de refroidissement conforme est une distribution inefficace des canaux dans les zones critiques des inserts de moule. Un contrôle précis de la température de l’acier est un facteur clé qui limite considérablement la fatigue thermique, prolonge la durée de vie de l’outil et garantit la stabilité du processus ; cela se répercute directement sur la qualité des pièces coulées ou injectées.
Pour y parvenir, une conception optimisée est indispensable : les concepteurs de moules doivent se concentrer sur les zones cibles sans gaspiller la capacité thermique là où elle n’est pas nécessaire. La conception de canaux de refroidissement conformes pour la fabrication additive requiert des concepteurs qualifiés, capables d’allier les caractéristiques de la technologie FA aux principes de conception thermique. »
Domen Tršar, Head of Additive Technologies, HTS
« L’erreur la plus courante des entreprises lors de la conception de canaux de refroidissement conformes pour la fabrication additive est de complexifier excessivement la géométrie sans tenir dûment compte de la dynamique des fluides et du comportement thermique. La liberté de conception offerte par la FA est souvent mal interprétée comme une licence pour créer des trajectoires d’écoulement exagérément tortueuses, ce qui entraîne des transitions de courbure abruptes, des sections transversales irrégulières et des zones d’écoulement stagnant. Ces caractéristiques augmentent la perte de charge, réduisent la vitesse du fluide de refroidissement et créent une extraction thermique inégale. Il en résulte fréquemment des points chauds localisés, un refroidissement retardé et des gradients thermiques qui induisent des déformations ou des fissures prématurées, annulant ainsi les avantages du refroidissement conforme.
Pour atténuer ces problèmes, il est essentiel d’ancrer le processus de conception dans une analyse prédictive plutôt que dans la seule intuition géométrique. Au-delà de l’évaluation du champ d’écoulement, les concepteurs devraient intégrer des simulations thermiques et de solidification capturant le flux thermique, l’uniformité du refroidissement et le développement des contraintes tout au long du cycle. Ces outils permettent d’identifier où la topologie des canaux est véritablement bénéfique et où elle introduit des risques, de sorte que la géométrie finale soit guidée par des performances thermiques mesurables plutôt que par une complexité esthétique. Cette approche combinée, pilotée par la simulation, garantit que le réseau de refroidissement soutient un comportement fiable et reproductible de l’outil dans des conditions de traitement réelles. »
