Zmenšovanie veľkosti dielov, znižovanie počtu dielov a znižovanie hmotnosti dielov je neúnavnou snahou leteckého priemyslu, výroby automobilov a iných oblastí. Napríklad každý gram zníženia hmotnosti lietadla sa rovná zníženiu veľkej spotreby paliva počas prevádzky. Ako ďalší príklad možno uviesť, že zmenšením veľkosti komponentov satelitu možno poskytnúť viac priestoru na zvýšenie energie batérie, čím sa predĺži čas, počas ktorého môže satelit zostať vo vesmíre.
Treba poznamenať, že pod ľahkosťou sa vo všeobecnosti rozumie odstraňovanie materiálu z komponentu alebo dielu za účelom zníženia jeho hmotnosti. To je to, čo sa deje, a preto sa často kladie dôraz na „redukciu materiálu“ alebo nahradenie niektorých materiálov inými ľahkými materiálmi.
Výberom materiálu s vyššou špecifickou pevnosťou možno znížiť celkovú hmotnosť dielu. Napríklad, ak porovnáme nehrdzavejúcu oceľ, zliatinu hliníka a zliatinu titánu, zliatina titánu má vyššiu špecifickú pevnosť a môže použiť menej materiálu na dosiahnutie rovnakej úrovne výkonu.
Toto zameranie na materiály preto ovplyvňuje dizajn dielov, ktorý odráža, ako môžu zásadné zmeny dizajnu pomôcť minimalizovať spotrebu materiálu a v konečnom dôsledku skrátiť čas výstavby.
Keďže nízka hmotnosť akejkoľvek konštrukcie priamo ovplyvní mechanické vlastnosti dielov, vyrobiteľnosť je jedným z najdôležitejších faktorov ovplyvňujúcich hmotnosť. Môžete mať najľahší a najvýkonnejší teoretický dizajn, ale ak sa nedá vyrobiť, tento dizajn je zbytočný. stať sa zbytočným.
Ďalším dôležitým faktorom je cena dielu. Ak je odľahčená časť zle navrhnutá pomocou optimalizácie topológie, vzniknú dodatočné náklady na odstraňovanie nadmerných podporných štruktúr a pridávanie povrchových úprav. Na druhej strane tlač ihličkových mriežok a štruktúr TPMS môže predĺžiť čas 3D tlače, čo vedie k vyšším výrobným nákladom dielu.
Výrobcovia využívajú aditívnu výrobu už dve desaťročia, ale až v posledných rokoch zaznamenala 3D tlač pokrok v oblasti ľahkých dielov a zaviedla nové softvérové stratégie pre ľahké diely.
Optimalizácia topológie a generatívny návrh
Jednou z často skúmaných softvérových stratégií z hľadiska odľahčenia je optimalizácia topológie: Schopnosť optimalizácie topológie, založená na metóde konečných prvkov (FEM) na optimalizáciu materiálového priradenia dielu pre ciele tuhosti alebo pevnosti, umožňuje navrhnúť dielce s nízkou hmotnosťou. Táto stratégia návrhu optimalizuje rozloženie materiálu v rámci daného konštrukčného priestoru pre daný súbor zaťažení, okrajových podmienok a obmedzení.
Na trhu sa topologická optimalizácia (optimalizácia topológie) a generatívny dizajn (generatívny dizajn) zvyčajne v mnohých prípadoch zamieňajú, ale po dôkladnom preštudovaní je generatívny dizajn (generatívny dizajn) založený na niektorých počiatočných parametroch prostredníctvom iterácií a úprav. Nájdite (optimalizovaný) model. Optimalizácia topológie (Topology Optimization) je analyzovať daný model. Je bežné vykonávať analýzu konečných prvkov na základe okrajových podmienok a potom deformovať alebo vymazať model, aby sa optimalizoval.
Generatívny dizajn je proces interakcie človeka s počítačom a sebainovácie. Podľa návrhového zámeru zadávateľa sa prostredníctvom „generatívneho“ systému vygeneruje geometrický model potenciálne realizovateľného návrhového plánu, ktorý sa následne komplexne porovná a vybraný návrhový plán sa posunie návrhárovi na konečné rozhodnutie.
Všeobecne chápaný generatívny dizajn je metóda dizajnu, ktorá automaticky generuje umelecké diela, architektonické modely a modely produktov pomocou algoritmov v dizajnovom softvéri. Generatívny návrh je metóda parametrického modelovania. Počas procesu návrhu, keď dizajnér zadá parametre produktu, sa algoritmus automaticky prispôsobí a posúdi, kým sa nedosiahne optimálny návrh.
Mriežková alebo TPMS vyplnená štruktúra
Vďaka nástupu aditívnych výrobných techník pritiahli periodické bunkové štruktúry, najmä trojité periodické minimálne povrchy (TPMS), rozsiahly výskumný záujem. TPMS je v podstate najmenší povrch, kde je priemerné zakrivenie všetkých bodov nulové. Štruktúru TPMS je možné modelovať matematicky a možno ju modelovať opakovane v troch smeroch. Tento vzor umožňuje bunkám TPMS rásť v troch vzájomne kolmých smeroch, čím sa vytvorí 3D pole buniek TPMS.
TPMS je trojitý periodický minimálny povrch (TPMS). Pre konštrukčné aplikácie vykazuje TPMS dizajn vysoký pomer pevnosti k hmotnosti. V spojení s technikami aditívnej výroby umožňuje dizajnérom vytvárať multifunkčné konštrukcie s vysokou pevnosťou a vlastnosťami odvodu tepla.
Výplňové štruktúry mriežkovými mriežkami alebo TPMS sú zaujímavé prístupy na preskúmanie v tomto smere, napríklad softvér na aditívnu výrobu Cognitive Design vytvoril veľkú databázu takýchto metamateriálov a ich mechanických vlastností. Infill Optimizer, súčasť Cognitive Additive, inteligentne umiestňuje takéto štruktúry na základe dráh napätia, čím znižuje celkovú hmotnosť bez kompromisov v mechanickom výkone.
Štrukturálna integrácia
Štrukturálna integrácia je stratégia, ktorá si vyžaduje solídne odborné znalosti a schopnosť integrovať viacero častí do jednej. Ak je diel správne navrhnutý, môže poskytnúť lepšiu funkčnosť. Napríklad pred niekoľkými rokmi Airbus a 3D Systems vyvinuli prvý letuschopný kovový 3D tlačený rádiofrekvenčný (RF) filter, testovaný a overený na použitie v komerčných telekomunikačných satelitoch.
Tradične sú RF filtre navrhnuté s použitím štandardných komponentov, ako sú pravouhlé dutiny a prierezy vlnovodov s vertikálnymi ohybmi, ktorých tvar a spojenia sú určené štandardnými procesmi, ako je frézovanie a EDM.
Typicky je dutina pre RF filter opracovaná v dvoch častiach, ktoré sú zoskrutkované, čo nielen zvyšuje hmotnosť, ale pridáva aj montážny krok a ďalší proces kontroly kvality. Pomocou softvéru CST MWS, nástroja 3D elektromagnetickej simulácie, vyvinul tím 3D Systems zapustenú eliptickú dutinu na vedenie RF prúdu, čo je dizajn, ktorý znížil výrobné náklady a znížil hmotnosť o 50 percent.
Nové softvérové riešenie založené na umelej inteligencii umožňuje konštruktérom „programovať“ algoritmy a týmto spôsobom sa ich návrhy vyvíjajú a vyvíjajú do produktov zložitých tvarov, ktoré sa dajú ľahko vyrábať aditívnou výrobou.
Tento trend bude pokračovať, pravdepodobne donekonečna, pretože softvérové riešenia sa neustále vyvíjajú. Rovnako ako pozorovanie a analýza „Budúcnosť umelej inteligencie a dizajnu - 2017 Správa o dizajne a umelej inteligencii“ od Fan Linga z Tongji x Tezan Design and Artificial Intelligence Laboratory: Trend extrémnej segmentácie na strane dopytu musí musí zodpovedať umelej inteligencii na strane ponuky; Trend online/prepojenia/interakcie sa postupne vyvinul z online informácií, online vzťahov a online vecí k rôznym online zručnostiam a nakoniec bude online srdca a mozgu – umelej inteligencie/AI; sprevádzaní nenahraditeľnými Jednotlivcami so supersegmentovanými zručnosťami sa budú naďalej objavovať a éra priemernosti sa skončí; budúca organizácia bude novou organizáciou interakcie človek/počítač a flexibilne bude prideľovať úlohy externým talentom, interným talentom alebo strojom, aby ich dokončili automaticky. Mechanizmus integruje celý pracovný postup návrhu, aby sa dosiahla optimálna cesta dokončenia úlohy.