Лек конструктивен потенциал при 3D печат за оптимизиран за здравина дизайн
Оптимизирани геометрии и за интериора
Лек потенциал при 3D печат
Ралф Стек, журналист на свободна практика за CAD/CAM, IT и машиностроене, Фридрихсхафен
Съдържание
3D печатът позволява сложни геометрии в компонентите
Докато при конвенционалните производствени процеси като фрезоване или струговане на твърда сурова част се обработва отвън навътре (изважда се), компонентът се създава на слоеве (добавка) при 3D печат. Това означава, че всяка част от компонента, включително вътрешната част, може да бъде оформена индивидуално. Освен това сложната геометрия не означава, че времето за обработка на 3D принтера е увеличено - „Сложността е безплатна“. По този начин на 3D принтера могат да бъдат създадени изключително сложни бионични форми също толкова лесно, колкото и геометричните основни тела с гладки повърхности.
Възможна е оптимизация на топологията чрез 3D печат
Повечето производители на САПР и симулации вече предлагат функции за оптимизиране на топологията. С тази технология потребителят определя точките на приложение, посоките и размерите на силите, действащи върху компонента, както и инсталационното пространство. След това софтуерът изчислява - вземайки предвид други параметри и гранични условия - оптималната форма, която постига необходимата якост с възможно най-нисък разход на материал.
Резултатът е предимно органично изглеждащи форми, направени от много ъглови и назъбени пръти, които, макар и само поради сложните укрепвания, трудно могат да бъдат направени изваждащо. Алтернатива е да се направи конструкцията като конструкция от заварена стоманена тръба например, но това също е много досадна задача - също така защото геометрията първо трябва да бъде усърдно превърната в геометрия на пръта. Софтуерът за оптимизация на топологията Inspire от американската компания Altair в Троя, Мичиган дава възможност да се покрие изчислената геометрия с гладки повърхности, за да се постигне по-технически вид. При 3D печат, от друга страна, е просто без значение как е оформена геометрията; 3D принтерът създава всякаква форма. 3D печатът позволява оптимизирани за топология части да се произвеждат с малко или никаква преработка.
Значително намаляване на теглото след оптимизиране на топологията
Производителят на железопътни превозни средства Alstom от Saint-Ouen, Франция, използва Altair Inspire и свързаната с него система за моделиране Evolve, за да оптимизира стабилизаторна скоба за талигите от своята серия влакове Metropolis. Кастингът беше много тежък и показа в симулацията, че е масово голям. Инженерите определиха разширено пространство за инсталиране, както и силите и граничните условия, при което Inspire изчисли значително по-лека геометрия. Дори след изглаждане на структурите в Evolve, това доказа в по-нататъшен симулационен цикъл, че може да поеме работните сили, които се появяват при значително намалено използване на материала - и по този начин тегло. Процесът показа, че с помощта на топологичната оптимизация много бързо може да се премахне голяма тежест от съществуващите структури.
Лек конструктивен потенциал развиват се чрез 3D печат
Друг начин за спестяване на тегло, без да се жертва сила, е обработката на вътрешната част на компонента. Външната форма на даден компонент често следва определени функционални или естетически критерии - но това създава области, които са далеч по-масивни, отколкото би било необходимо за здравина. До този момент едва ли би могло да се направи нещо в този случай, но с помощта на 3D печат не е проблем да се проектира вътрешността на даден компонент частично или напълно куха. За да не се загуби прекалено голяма стабилност, кухините често се запълват с решетъчна структура, като тази, произведена от софтуера Within от американската компания Autodesk от Сан Рафаел.
Чрез подходящо проектиране на тези решетъчни структури е възможно дори да се повлияе конкретно на свойствата на материала. Например, ако отпечатате компонент, изработен от еластичен материал, в него могат да се създадат по-твърди и меки области с помощта на по-дебели и по-тънки пръти. Между другото, практически всички компоненти, отпечатани 3D, използващи процеса на FDM, са частично кухи. Тук мрежовите структури се използват главно за спестяване на време за печат, но и за спестяване на материали. Във всеки случай се създават изключително леки и в същото време стабилни компоненти.
Заключение
Способността на производството на добавки да може конкретно да дефинира всяка точка на даден компонент, включително вътре, отваря множество възможности за дизайнера да спести тегло и материал. Кухите компоненти, изпълнени с решетъчни конструкции или минимизирани до чисти рамки, предлагат потенциал за спестяване далеч над 50%. Така че си струва да разгледаме новите технологии. съвместно
Обширна информация за процесите и примери за приложение на производството на добавки е предоставена по темата за 3D печат от KEM construction: