Potențial de construcție ușor în imprimarea 3D pentru un design optimizat pentru rezistență
Geometrii optimizate și pentru interior
Potențial ușor în imprimarea 3D
Ralf Steck, jurnalist specialist independent pentru CAD/CAM, IT și inginerie mecanică, Friedrichshafen
Cuprins
Imprimarea 3D permite geometrii complexe în componente
În timp ce în procesele de fabricație convenționale, cum ar fi frezarea sau strunjirea, o piesă brută solidă este prelucrată din exterior în interior (subtractiv), componenta este creată în straturi (aditiv) în imprimarea 3D. Aceasta înseamnă că fiecare parte a componentei, inclusiv interiorul, poate fi modelată individual. În plus, o geometrie complexă nu înseamnă că timpul de procesare al imprimantei 3D este mărit - „Complexitatea este gratuită”. În acest fel, pot fi create forme bionice extrem de complexe pe imprimanta 3D la fel de ușor ca corpurile de bază geometrice cu suprafețe netede.
Optimizarea topologiei este posibilă prin imprimarea 3D
Majoritatea producătorilor de CAD și simulare oferă acum funcții pentru optimizarea topologiei. Cu această tehnologie, utilizatorul definește punctele de aplicare, direcțiile și dimensiunile forțelor care acționează asupra componentei, precum și spațiul de instalare. Software-ul calculează apoi - ținând seama de alți parametri și condiții limită - forma optimă care atinge rezistența necesară cu un consum de material mai mic posibil.
Rezultatul este în mare parte forme cu aspect organic, realizate din multe bare unghiulare și dentate, care, chiar și numai datorită contravântuirii complexe, cu greu pot fi realizate subtractiv. O alternativă este de a produce structura ca o construcție de tub de oțel sudat, de exemplu, dar aceasta este, de asemenea, o sarcină foarte plictisitoare - de asemenea, deoarece geometria trebuie mai întâi să fie transformată laborios în geometrii tijei. Software-ul de optimizare a topologiei Inspire de la compania americană Altair din Troy, Michigan face posibilă acoperirea geometriei calculate cu suprafețe netede pentru a obține un aspect mai tehnic. Cu toate acestea, în tipărirea 3D nu este relevant modul în care este modelată geometria; imprimanta 3D creează orice formă. Imprimarea 3D permite producerea de piese optimizate pentru topologie cu redare redusă sau deloc.
Reducere semnificativă a greutății după optimizarea topologiei
Producătorul de vehicule feroviare Alstom din Saint-Ouen, Franța, a folosit Altair Inspire și sistemul de modelare asociat Evolve pentru a optimiza un suport de stabilizare pentru boghiurile din seria sa de trenuri Metropolis. Distribuția a fost foarte grea și a arătat în simulare că este masiv supradimensionată. Inginerii au definit un spațiu extins de instalare, precum și forțele și condițiile limită, după care Inspire a calculat o geometrie semnificativ mai ușoară. După netezirea structurilor din Evolve, acest lucru s-a dovedit într-o nouă încercare de simulare că poate rezista forțelor de operare care apar cu o utilizare semnificativ redusă a materialului - și, astfel, greutate. Procesul a arătat că, cu ajutorul optimizării topologiei, o greutate mare poate fi eliminată foarte repede din structurile existente.
Potențial de construcție ușor se dezvoltă prin imprimarea 3D
O altă modalitate de a economisi greutate fără a sacrifica forța este de a prelucra interiorul componentei. Forma exterioară a unei componente urmează adesea anumite criterii funcționale sau estetice - dar aceasta creează zone care sunt mult mai masive decât ar fi necesar pentru rezistență. Până în prezent nu s-a putut face aproape nimic în acest caz, dar cu ajutorul imprimării 3D nu este nicio problemă să proiectăm interiorul unei componente parțial sau complet gol. Pentru a nu pierde prea multă stabilitate, cavitățile sunt adesea umplute cu o structură de rețea, cum ar fi cea produsă de software-ul Inside de la compania americană Autodesk din San Rafael.
Prin proiectarea adecvată a acestor structuri de rețea, este chiar posibil să se influențeze în mod specific proprietățile materialului. De exemplu, dacă imprimați o componentă din material elastic, se pot crea zone mai dure și mai moi în interiorul unei componente utilizând bare mai groase și mai subțiri. Apropo, practic toate componentele 3D tipărite utilizând procesul FDM sunt parțial goale. Aici, structurile de rețea sunt utilizate în primul rând pentru a economisi timp de imprimare, dar și pentru a economisi material. În orice caz, sunt create componente extrem de ușoare și stabile.
Concluzie
Capacitatea producției aditive de a putea defini în mod specific fiecare punct al unei componente, inclusiv în interior, deschide o multitudine de posibilități pentru proiectant de a economisi greutate și material. Componentele goale umplute cu structuri de rețea sau minimizate până la cadre pure oferă potențial de economisire cu mult peste 50%. Așadar, merită să ne uităm la noile tehnologii. co
Informații ample despre procese și exemple de aplicații de fabricație aditivă sunt furnizate pe tema imprimării 3D prin construcția KEM: