Thiết kế và triển khai tối ưu hóa cấu trúc liên kết trong các bộ phận kết cấu in 3D

Các nguyên tắc cơ bản của tối ưu hóa cấu trúc liên kết

Tối ưu hóa cấu trúc liên kết là một phương pháp dựa trên cơ học tính toán. Với tiền đề là tải trọng, ràng buộc và vật liệu nhất định, nó sử dụng thuật toán lặp để tìm ra khu vực phân bổ vật liệu tối ưu. Về cốt lõi, vấn đề là xác định những vật liệu nào trong không gian thiết kế có thể được loại bỏ mà không ảnh hưởng đến độ bền, dẫn đến dạng kết cấu nhẹ nhưng vẫn giữ được khả năng chịu tải. Kết quả tối ưu hóa thường có dạng hữu cơ tương tự như xương tự nhiên. Hình thức này cực kỳ khó xử lý trong sản xuất truyền thống và in 3D hoàn toàn có thể đạt được điều đó.

Giới thiệu các ràng buộc sản xuất

Việc nhập trực tiếp kết quả tối ưu hóa cấu trúc liên kết vào in ấn đòi hỏi phải giải quyết vấn đề làm sạch hình học. Lưới được tạo bởi bản đồ đám mây tối ưu hóa cần được chuyển đổi thành thực thể CAD có thể in được. Trong quá trình này, cần phải thêm một góc nghiêng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo khuôn (trong quá trình gia công tiếp theo), các góc tròn và vát mép để giảm sự tập trung ứng suất và độ dày thành tối thiểu để đảm bảo chất lượng in. Đối với in FDM, nên đặt kết cấu sợi dọc theo hướng ứng suất, trong khi đối với in SLA, cần thêm các vùng hỗ trợ bổ sung vào cấu trúc nhô ra.

Xác minh và lặp lại

Việc xác minh cấu trúc phải được thực hiện sau khi tối ưu hóa. Nên sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn để thực hiện phân tích tĩnh và phương thức trên mô hình CAD được tối ưu hóa trước khi in. Sau khi in mẫu, tiến hành kiểm tra tải thực tế, đưa kết quả kiểm tra trở lại mô hình để điều chỉnh các điều kiện biên tải và tối ưu hóa qua hai hoặc ba chu kỳ để hội tụ về cấu trúc nhẹ nhất đáp ứng yêu cầu về độ bền.