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Cariboni Group, la simulation thermique des LED qui récompense le courage d’éxperimenter

La conception d’appareils d’éclairage à LED fait d’énormes progrès de qualité. Les outils logiciels, utilisés notamment pour la simulation thermique et de dynamique des fluides, jouent un rôle clé dans cette évolution. Le cas de réussite d’un fabricant de pointe comme le Cariboni Group en est un excellent exemple.

Il est probablement arrivé à beaucoup d’entre nous de se retrouver en plein air dans la soirée et de profiter des avantages d’un éclairage astucieusement conçu par cette entreprise, protagoniste de nombreux projets d’éclairage de haut niveau à travers le monde. Cette atmosphère particulière dans laquelle nous étions plongés, peut-être sans trop y penser, est rendue possible par la technologie LED, qui révolutionne l’éclairage dans tous les secteurs. Des sources lumineuses de plus en plus performantes, une consommation d’énergie réduite et une polyvalence de couleurs, permettent aux designers de créer des espaces accueillants, tout en garantissant la sécurité, grâce à une bonne visibilité.

Mais le résultat n’est pas évident, précisément en raison des caractéristiques des LED. Ce composant émet de la chaleur, en particulier à l’intérieur de l’appareil qui l’abrite. Contenir cette chaleur est crucial, à la fois pour préserver la qualité de la lumière dans le temps, et pour assurer la durée de vie du luminaire lui-même. Mais il faut aussi proposer sur le marché des produits innovants, sûrs et esthétiques.

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``Cariboni Group. Quand le courage d’expérimenter est récompensé par le marché.``

Le protagoniste de l’histoire, Cariboni Group

Cariboni Group parvient à relever ce défi et à être compétitif à l’international. L’entreprise se concentre constamment sur l’excellence dans la conception et la production, made in Italy, de produits pour l’éclairage des bâtiments, des espaces et des chemins urbains. Ces porduits améliorent la beauté de chaque espace pendant les heures sombres et offre aux citoyens bien-être visuel, sécurité et environnements agréables. Les défis auxquels l’entreprise est confrontée sont la maîtrise de la pollution lumineuse, la réduction de la consommation d’énergie, la création d’un design moderne et innovant, ainsi que la garantie de la fiabilité dans le temps de ses produits.

L’ensemble du processus de développement se déroule en Italie, dans les usines d’Osnago (LC) et de Rovereto (TN). Depuis des années, la digitalisation des processus et l’automatisation des opérations sont considérées comme une priorité.

Le défi

Dans la conception d’appareils d’éclairage à LED, il est essentiel d’avoir une bonne dissipation thermique. Cela permet aux LED de fonctionner efficacement, en obtenant des performances plus élevées en termes de flux lumineux et de durée de vie de l’appareil. Quelques degrés de température en plus ou en moins peuvent faire la différence dans l’attribution d’un appel d’offres pour la fourniture d’appareils d’éclairage public.

Dans les appareils d’éclairage extérieur, les pièces électroniques sont contenues dans un boîtier étanche, sans échange d’air avec l’extérieur. Cela rend la dissipation de la chaleur plus difficile, dans des produits où l’esthétique est également très importante.

La solution

Cariboni Group a décidé d’adopter le modèle Siemens, qui prévoit d’effectuer des simulations dès les premiers stades de la conception afin de pouvoir évaluer différentes variantes notamment du point de vue du comportement thermique et fluidodynamique. De cette façon, il est possible d’éviter la construction longue et coûteuse de prototypes. Cadlog est l’entreprise partenaire choisie par Cariboni Group pour réussir la mise en place de ce modèle.

« Grâce à la simulation avec Simcenter FLOEFD » – a déclaré l’ingénieur. Stefano Sansottera du département technique de Cariboni Group – « pendant la phase de conception, nous avons évité le prototypage et les tests empiriques dans une chambre thermique, réduisant ainsi les coûts et les temps requis pour créer le produit »

Les avantages

Dans un marché évoluant rapidement, non seulement d’un point de vue technologique et économique, mais aussi culturel et social, l’éclairage des espaces publics doit avoir des exigences particulières notamment au niveau esthétique et économie d’énergie. Il est très important, par exemple, que la lumière soit de la bonne couleur et qu’elle soit maintenue dans le temps.

Cariboni peut répondre à ces défis avec des produits compétitifs, grâce notamment à une approche de conception dans laquelle l’expérimentation est encouragée, car il est possible d’effectuer des changements jusqu’à l’optimisation complète du projet.

De plus, il y a des avantages en termes d’efficacité. Certains composants électroniques – tels que les MCPCB et les LED – sont utilisés sur différents produits. Leur caractérisation d’un point de vue thermique permet de transférer rapidement des informations d’un projet à un autre, même lorsqu’il s’agit de produits de tailles ou d’applications différentes.

L’expérience acquise en développant la mécanique d’un produit, en termes d’efficacité dissipative, est partagée au sein du bureau technique, constituant la base de tous les nouveaux projets qui seront développés.

La conception basée sur la simulation

Le succès des produits Cariboni dépend en grande partie de la méthodologie de conception adoptée, ainsi que des outils. Autrefois, les concepteurs attendaient de terminer leur travail entièrement, puis comptaient sur les spécialistes de la simulation afin de vérifier le comportement de l’appareil dans les différentes situations d’utilisation.

Aujourd’hui, la tendance gagnante est d’utiliser la simulation tout au long du cycle de développement du produit. Cette approche permet de tester différentes variantes dès le début et donc de rejeter immédiatement les solutions aux performances les plus limitées, en tenant compte de tous les aspects du projet.

Simcenter FLOEFD est le meilleur outil pour adopter cette stratégie, en particulier dans le processus de conception des LED. Tous les utilisateurs de Simcenter FLOEFD s’accordent pour dire qu’ils notent une optimisation des performances thermiques ayant pour conséqunece une baisse des coûts de développement.

FLOEFD révolutionne la conception LED dans trois domaines en particulier :

  • Intégration CAO
  • Études paramétriques
  • Technologie dédiée

Intégration avec la CAO mécanique

L’un des avantages que les concepteurs trouvent immédiatement dans un outil comme Simcenter FloEFD est son intégration complète avec tous les principaux CAD mécaniques : NX, Solid Edge, Creo, Catia et Solidworks. Cette intégration permet de profiter de l’utilisation directe de la géométrie MCAD, de la détection automatique de la zone fluide et de la procédure de maillage.

Les conséquences de cette fonctionnalité sont particulièrement avantageuses :

  • Aucune étape requise entre CAO et CFD avec des fichiers intermédiaires.
  • Les modèles de conception et CFD restent synchronisés.
  • Le temps pour les simulations de produits est réduit.

Études paramétriques automatiques

Simcenter FloEFD produit à la fois des paramètres géométriques (dimensions, motifs, etc.) et des paramètres de simulation (dissipation thermique, conduction des matériaux). Il permet également des analyses « what-if » et des optimisations. Les autres fonctionnalités sont l’automatisme de la modification de la conception, la création de maillage, et même du calcul !

Simcenter FloEFD prend également entièrement en charge les «configurations» et «instances» du produit MCAD.

En résumé, cela permet d’avoir plusieurs avantages :

  • Simulations « what-if » multiples pour identifier la conception optimale.
  • Gain de temps pour que l’utilisateur se concentre sur la définition du modèle et non sur les tâches manuelles.
  • Identification de la conception optimisée dans des délais plus courts.

Technologie dédiée

Simcenter FloEFD peut également être utilisé par des spécialistes pour la modélisation avancée dans les étapes finales de la conception, ou pour étudier des phénomènes complexes, tels que l’analyse des condensats, le rayonnement solaire, etc.

Le modèle optique thermique LED permet une modélisation précise des LED, via le simple modèle 2R – Junction to case ou le modèle thermo-optique avancé. Il importe les données de caractérisation TeraLED de l’appareil T3Ster et dispose de packs de démarrage LED prédéfinis. Il comprend également un modèle avancé de rayonnement thermique afin de modéliser des températures élevées.

La modélisation LED avancée permet d’analyser des phénomènes spécifiques mais importants tels que la lumière focalisée par une lentille de phare, la concentration de chaleur, les points chauds, la condensation, la formation de glace.

En conclusion, nous pouvons dire qu’une autre révolution technologique s’est produite en parallèle à celle des LED et elle concerne les outils de conception. Grâce à des outils tels que Simcenter FLOEFD, la simulation thermique et fluidodynamique, auparavant réservée aux spécialistes lorsque les concepteurs avaient terminé leur travail, peut aujourd’hui être intégrée dès le début du cycle de conception. Cela permet d’expérimenter différentes alternatives de conception et d’évaluer immédiatement leurs différentes caractéristiques, du point de vue du comportement thermique. C’est ce que Siemens appelle le «décalage à gauche» de la simulation, et les avantages par rapport à la qualité des produits sont évidents.

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  • ce que signifie « déplacer à gauche » la simulation thermique dans le processus de conception ;
  • comment exploiter les fonctionnalités de Simcenter FLOEFD pour évaluer différentes alternatives de conception ;
  • comment intégrer la simulation thermique des LED à la conception mécanique;
  • comment concilier les exigences de refroidissement et d’étanchéité avec la conception.
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