Kako postići topološku optimizaciju dijelova industrijske opreme putem 3D štampanja?

一, radeći na tehničkim pitanjima: optimizacija topologije i donja logika 3D štampanja
1. Topološka optimizacija: matematika - zasnovana na mreži u materijalima
Analiza konačnih elemenata (FEA) i algoritmi optimizacije rade zajedno kako bi pronašli najbolji način za distribuciju materijala pod određenim opterećenim i ograničenjem. To se zove topološka optimizacija. U njenoj jezgri prekida dizajn prostora u konačne komponente, uklanja materijale sa niske - stresne lokacije kroz opetovane proračune, drži visok - nosivost - noseći i konačno iznosi biomimetne strukture. Na primjer, topologija - optimizirana 3D nosač od legure od titana za Airbus A320 smanjiva težinu za 45% i proširuje život dela za 30%, pokazujući da je ova tehnologija korisna u vazduhoplovnoj industriji.
2. 3 D Štampanje: način da se digitalni modeli pretvore u stvarne delove
Slaganjem materijala povrh jedni od drugih, 3D tehnologija ispisa može izravno napraviti komplicirane strukture. To znači da tradicionalna subtvorna proizvodnja više ne treba kalupi i alati za rezanje. Na primjer, selektivni laserski topljenje (SLM) može postići gustoću energije od 10 ⁶ w / cm ², što je dovoljno za rastopiti materijale koji su teško proizvoditi, takve legure titana i nikla - legure. Moguće je zajamčiti proces dizajna optimizacije topologije održavanjem debljine sloja u roku od 20-50 μm. Platinum BLT - A320 Oprema ispisuje štand za bicikle koji je samo 12 grama teških (isti kao dva-dve - juan kovanice) jer topološka optimizacija. Takođe prelazi 100.000 testova vibracija kako bi se osiguralo da je strukturno zvučan.
2, upotreba u industriji: puna penetracija iz oštrih postavki u svakodnevne situacije
1. Aerospace: najbolja igra za gubitak kilograma i poboljšanje
Ruag Prostor smanjio je težinu nosača antene za 60% i podigao osnovnu frekvenciju od 120Hz na 185Hz koristeći optimizaciju topologije i DMLS tehnologije. To je uvelike poboljšalo anti - vibracijske performanse u polju satelitske proizvodnje. Ovaj je dio još impresivniji jer kombinira električne pojaseve ožičenja, reflektora i strukturne komponente u jednu jedinicu, rezanje na vrijeme montaže za 30%. China Aviation Industry Corporation (AECC) čini minijaturne turbojet motore koristeći 3D štampanje. Topološka optimizacija kombinirala je 17 elemenata u 1, što je povećalo potisak - u - težinu za 25% i ispunio jaz u povezanim sektorima u Kini.
2. Energetska oprema: Novi materijali koji mogu nastupiti u vrlo oštrim uvjetima
Westinghouse Electric koristi EBM tehnologiju za ispis nuklearnih obloga od nuklearnog goriva u nuklearnoj elektroprivredi. Topološka optimizacija stvara gradijentnu porenu strukturu koja čuva strukturu stabilnom na visokim temperaturama od 1000 stupnjeva. Ovo rješava problem tipične obloge od legure cirkokona lako se topi u slučaju nesreće. Vestas je izumio planetarni nosač mjenjača u području snage vjetra koji koristi optimizaciju topologije. Koristili su SLM-ove od tiskane legure aluminija kako bi se činilo 35% lakšim od oštaražavanja i tehnologije jačanja rešetka kako bi je učinila traje 10 ⁸ ciklusa duže.
3. Medicinski implantati: dvostruki proboj u personalizaciji i biokompatibilnosti
Izraelski tim stvorio je 3D skele od titrana od titanja od titana koji održava poroznost od 75% kroz optimizaciju topologije i ima mehanička svojstva koja odgovaraju ljudskim trabekularnim kostima za 98%. Johnson & Johnson koristio je DMLS tehnologiju za ispis poroznih spojeva kuka sa površinskom hrapavošću RA manjim ili jednakim 0,8 μm. To je učinilo da će kost integrirati 40% brže nakon operacije nego sa standardnim implantatima i smanjiti vrijeme oporavka pacijenata za 50%.
3, Put do implementacije: Potpuna kontrola procesa iz dizajna do masovne proizvodnje
1. Digitalni dizajn u zatvorenoj petlji
Simulacija mnogih fizičkih polja: Koristimo altair Optistruct ili Anisys optimizaciju topologije za statičku, dinamičnu i termodinamičku analizu spojke kako bismo bili sigurni da će dizajn dobro raditi u raznim situacijama.
Dizajn koji stvari čini: AI sistemima poput Ntopology ili Autodesk Fusion 360 automatski izgrađuju nekoliko topoloških shema i optimiziraju ih za brojne ciljeve, uzimajući u čimbene faktore poput ciklusa troškova i proizvodnog ciklusa.
Provjera kompatibilnosti sa štampanjem: Koristite magiku ili netFaBB softver za podršku strukture, dizajnirajte rezanje staza i simulirajte ispisu da biste pronašli važne faktore poput preostalog stresa i deformacije.
2. Poboljšanje procesa parametara
Odabir materijala: Odaberite tiskanje materijala koji su u pravu za komade na temelju koliko dobro trebaju raditi. Na primjer, TI6AL4V je najbolji izbor za konstrukcijske dijelove u avionima, a legura TA15 koristi se za medicinske implantate, a za dijelove koji treba raditi na visokim temperaturama.
Kontrola gustoće energije: Da bi se rastopiti oblik bazena bolji i manje porozan, laserska snaga (100-1000W), brzina skeniranja (500-2000mmm / s) i debljine sloja (20-100 μm). Na primjer, uređaj Platinum BLT - S400 koristi dinamičnu tehnologiju fokusiranja za izradu aluminijske legure 99,9% gusjenice.
Tehnologija za postavku - Obrada: Vruća izostatska prešanja (HIP) se oslobađaju od nedostataka unutar materijala, a površinski tretmani poput peskanja i elektrohemijskog poliranja čine da je jača protiv umora.
3. Tehnika za provjeru kvalitete
Gledanje na mreži: Koristite visoke kamere za brzinu {- i infracrvene termičke slike kako biste održali oko na temperaturu rastopljenog bazena i ravnomjernosti praha u stvarnom vremenu. Zatim koristite algoritme za učenje mašina za slanje upozorenja o nedostatku.
Ne - Destruktivno ispitivanje: koristi industrijsku skeniranje CT-a za pronalaženje lomova i pora u stvarima, i tehnologiju Dic (Digital Image Correlation) za mjerenje radne distribucije tiskanih dijelova.
Certifikacija standarda: Slijedite međunarodne standarde poput ASTM F3184 (za medicinske implantate) i ISO / ASTM 52900 (za općim metalnim štampanjem) kako biste bili sigurni da vaši proizvodi ispunjavaju standarde.