Проектирование и реализация оптимизации топологии структурных деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Основные принципы оптимизации топологии

Оптимизация топологии — это метод, основанный на вычислительной механике. Учитывая заданные нагрузки, ограничения и материалы, он использует итерационный алгоритм для поиска оптимальной области распределения материалов. По сути, речь идет об определении того, какие материалы из проектного пространства можно удалить без ущерба для прочности, в результате чего получится легкая конструкция, но сохраняющая несущую способность. Результаты оптимизации обычно представляют собой органическую форму, аналогичную натуральным костям. Эту форму чрезвычайно сложно обработать в традиционном производстве, и 3D-печать прекрасно позволяет этого добиться.

Введение производственных ограничений

Непосредственный импорт результатов оптимизации топологии в печать требует решения проблемы очистки геометрии. Сетку, созданную с помощью карты облака оптимизации, необходимо преобразовать в объект САПР, пригодный для печати. Во время этого процесса необходимо добавить угол уклона для облегчения извлечения из формы (во время последующей обработки), закругленные углы и фаски для уменьшения концентрации напряжений, а также минимальную толщину стенок для обеспечения качества печати. Для печати FDM рекомендуется задавать текстуру волокна по направлению напряжения, а для печати SLA необходимо добавлять к выступающей конструкции дополнительные опорные области.

Проверка и итерация

Структурная проверка должна проводиться после оптимизации. Рекомендуется использовать программное обеспечение для анализа методом конечных элементов для выполнения статического и модального анализа оптимизированной модели САПР перед печатью. Распечатав образец, проведите испытание на фактическую нагрузку, верните результаты испытания обратно в модель, чтобы скорректировать граничные условия нагрузки, и выполните оптимизацию в течение двух или трех циклов, чтобы получить самую легкую конструкцию, отвечающую требованиям прочности.