Бионика - Вдъхновена от пчелни пити и кости
Независимо дали са клетки, кости или дървета: 3D печатът позволява да се произвеждат такива конструкции икономично. Предпоставка: холистичен подход и напълно дигитализиран процес. Платформата Dassault Systémes 3D предлага точно това.
Стабилен, лек и изключително функционален: имитирането на природата при конструирането на технически компоненти винаги е било привлекателно, но доскоро беше сложно и скъпо. Класическите производствени процеси позволяват само ограничени геометрични възможности. С производството на добавки, от друга страна, вече могат да се реализират изключително сложни геометрии, които се основават на природата, например форми на пчелна пита и спирала, самоносещи решетъчни устройства и клетъчни конструкции, вдъхновени от пчелни пити или кости.
Използването на такива конструкции се подкрепя и от факта, че могат да бъдат внедрени леки конструкции: Методът на бионичната конструкция, комбиниран с 3D печат, намалява теглото на материала и общия разход на материал на отделни части според изследване на Bitkom „3D печат - история на успеха за дигиталното местоположение“ от 2017 г. с до 90 процента. Но само напълно виртуална разработка на продукти, адаптирана към адитивното производство, дава възможност да се възползвате от всички тези предимства и същевременно да избегнете скъпи тестови отпечатъци или неправилни отпечатъци.
Единен модел на данни и платформа за сътрудничество
„Успешното производство на добавки изисква холистичен подход, при който голямо разнообразие от дисциплини и отдели работят в тясно сътрудничество“, обяснява Майкъл Вернер, експерт по симулационни решения в Dassault Systèmes: „Централната бизнес платформа помага за обединяването на различните възгледи в среда за разработка, при условие че е базирана върху единен модел на данни и общ графичен интерфейс, както се предлага от платформата за 3D опит. "
Досега почти всички, участващи в разработването на продукти, са работили с отделни модели: започвайки от геометричния модел (CAD), през модел за производство и сглобяване, до описващи функции симулационни модели, върху които например се извършва физическо моделиране. Според Вернер обаче това е непоследователно, неефективно и скъпо. Благодарение на единния модел на данни и платформата за съвместна работа, всички тези модели вече могат да бъдат свързани помежду си - за цялата компания или дори между компаниите. Въз основа на геометричния модел могат да се добавят необходимите, различно детайлни функционални модели и всички продуктови решения могат да се вземат с виртуална поддръжка, базирана на модела. В допълнение, промените в геометрията се отчитат автоматично във функционалните модели, без да се налага да ги изграждате отново от самото начало.
С помощта на централната платформа и единния модел на данни компаниите могат предварително да дигитално картографират всички съответни дизайнерски и производствени решения: Например, симулациите подпомагат дизайнерите при намирането на идеалния дизайн на компонентите, като се вземат предвид функционалните изисквания. Можете да проектирате различни дизайнерски варианти и след това да ги анализирате и сравните. Например, теглото на продукта може бързо да бъде намалено, като се вземат предвид всички други изисквания.
Извлечете знания за по-нататъшно усъвършенстване на компонента
Както при другите процеси, при производството на добавки обикновено произвежданият компонент леко се отклонява от първоначалния дизайн. При 3D принтирането това се дължи, наред с други неща, на вътрешните термични напрежения. Благодарение на дигитализирания процес, конструираният компонент може да бъде сравнен в детайли с практически произведения компонент. С помощта на специални приложения инженерът-разработчик може да компенсира предварително прогнозираните отклонения. „Благодарение на безпроблемното цифрово изображение на процеса на разработка, прозрения за по-нататъшни подобрения на компонента могат да бъдат получени от всяка една стъпка“, обяснява Вернер. Преди това действително да бъде отпечатано, компаниите могат да тестват най-разнообразните варианти за тяхната технологичност - например сложни органични форми.
Спестени 90 процента тегло
В проучване на дизайна Dassault Systèmes разработи компонент, който се отпечатва от пластмаса. 3D принтерът вкарва тънка кевларова нишка в особено напрегнати области, преди да се напръска следващият слой. Той е част от шарнир в сенообразувател, който замества своя предшественик от чугунен метал. Целта беше значително намаляване на теглото.
Ако разгледате натоварванията в анализа на крайните елементи (FEA), забележимо е, че може би половината от обема на стария компонент не поема никакво натоварване и по този начин само причинява ненужно тегло и разходи. Много инженери обаче не са склонни да пропуснат предишния материал. Софтуерът помага за преосмисляне. На практика например изглежда така: Първо, дизайнерите проектират компонента в CAD програма. Сега с помощта на симулационни решения се изчисляват и анализират геометрични варианти на компонента. Програмата автоматично отчита производителността, използвайки посочения производствен процес. Този процес на симулация, анализ и подобряване на дизайна се повтаря автоматично, докато компонентът се приближи възможно най-близо до желания резултат, т.е. тежи възможно най-малко, например.
Това е мястото, където биониката влиза в игра: клоните на дървото не просто стават по-дебели, за да могат да издържат по-добре на вятъра и снега, но допълнително дърво расте само в критични области. Поради тази причина клоните не стърчат вертикално и с остри ръбове от ствола, а имат извивка отгоре като преход и допълнителен материал за опора между корена и ствола. Такива меки преходи са често срещани в природата, оптимално съчетани с натоварванията, но по-сложни за конструиране.
За първи път се произвеждат точно вътрешни мрежови структури с 3D печат
С помощта на подходящия софтуер могат да се създадат такива плавни преходи и да се оптимизира вътрешната структура едновременно. В допълнение, различни решетъчни структури, моделирани по природа, могат да бъдат включени вътре, като например кост, която е лека, но твърда, благодарение на порестия си пълнеж. За първи път такива вътрешни мрежови структури могат да бъдат точно изработени с помощта на 3D печат. При преходите решетката вътре в компонента е удебелена, на някои места празнините са малки, на други много въздушни. По този начин невралгичните области се подсилват, като в същото време се използва по-малко материал. Компонентът на сенокосачката, споменат по-горе, беше оптимизиран с помощта на симулационното решение Simulia Tosca Structure. Спестява 90 процента от теглото си в сравнение с предшественика си, но е също толкова стабилен, колкото и стария отливка. (Мда)