Kā panākt rūpniecisko aprīkojuma detaļu topoloģijas optimizāciju, izmantojot 3D drukāšanu?

一, sadarbība tehniskos jautājumos: topoloģijas optimizācija un 3D drukāšanas apakšējā loģika
1. Topoloģijas optimizācija: matemātika - balstīta revolūcija materiālos
Galīgo elementu analīze (FEA) un optimizācijas algoritmi darbojas kopā, lai atrastu labāko veidu, kā sadalīt materiālus noteiktos slodzes un ierobežojuma apstākļos. To sauc par topoloģijas optimizāciju. Tā kodolā tas sadala projektēšanas vietu ierobežotos komponentos, ar atkārtotiem aprēķiniem noņem materiālus no zemām - sprieguma vietām, saglabā augstu - ielādi - nesošās detaļas un visbeidzot veido biomimētiskas konstrukcijas. Piemēram, topoloģija - optimizēta 3D drukāta titāna sakausējuma kronšteins Airbus A320 samazina svaru par 45% un paplašina daļas kalpošanas laiku par 30%, parādot, ka šī tehnoloģija ir noderīga aviācijas nozarē.
2. 3 d drukāšana: veids, kā pārvērst digitālos modeļus par reālām daļām
Sakraujot materiālus viens otram virs otra, 3D drukāšanas tehnoloģija var tieši izveidot sarežģītas struktūras. Tas nozīmē, ka tradicionālajai atņemšanai vairs nav vajadzīgas veidnes un griešanas instrumenti. Piemēram, selektīva lāzera kausēšana (SLM) var sasniegt enerģijas blīvumu 10 ⁶ w/cm ², kas ir pietiekams, lai izkausētu materiālus, kurus ir grūti izgatavot, šādus titāna sakausējumus un niķeļa - balstīti sakausējumi. Ir iespējams garantēt topoloģijas optimizācijas projektēšanas procesu, saglabājot slāņa biezumu 20–50 μm attālumā. Platinum BLT - A320 aprīkojums izdrukā velosipēdu pulksteņu statīvu, kas ir tikai 12 gramles smags (tāds pats kā divi - juaņas monētas), jo topoloģijas optimizēšanai. Tas nokārto arī 100 000 vibrācijas testus, lai pārliecinātos, ka tie ir strukturāli skaņas.
2, izmantošana nozarē: pilnīga iespiešanās no skarbiem iestatījumiem līdz ikdienas situācijām
1. Aerospace: labākā spēle svara zaudēšanai un labākai
Ruag Space ir samazinājusi antenas kronšteinu svaru par 60% un palielinājusi pamata frekvenci no 120Hz līdz 185Hz, izmantojot topoloģijas optimizāciju un DMLS tehnoloģiju. Tas ir ievērojami uzlabojis anti - vibrācijas veiktspēju satelīta ražošanas jomā. Šī daļa ir vēl iespaidīgāka, jo tā apvieno elektrisko vadu instalācijas, atstarotājus un strukturālos komponentus vienā vienībā, samazinot montāžas laiku par 30%. Ķīnas aviācijas nozares korporācija (AECC) ir izgatavojusi miniatūrus turbojet motorus, izmantojot 3D drukāšanu. Topoloģijas optimizācija ir apvienojusi 17 elementus 1, kas ir palielinājusi vilci - līdz - svara attiecību par 25% un aizpildīja plaisu saistītās nozarēs Ķīnā.
2. enerģijas aprīkojums: jauni materiāli, kas var darboties ļoti skarbos apstākļos
Westinghouse Electric izmanto EBM tehnoloģiju, lai drukātu volframa sakausējuma kodoldegvielas apšuvuma caurules kodolenerģijas nozarē. Topoloģijas optimizācija rada gradienta poru struktūru, kas saglabā struktūru augstā temperatūrā 1000 grādu. Tas atrisina tipiska cirkonija sakausējuma apšuvuma problēmu, kas viegli izkausē negadījuma gadījumā. Vestas ir izgudrojis Gearbox Planetary nesēju vēja enerģijas zonā, izmantojot topoloģijas optimizāciju. Viņi izmantoja SLM drukātās alumīnija sakausējuma detaļas, lai padarītu to par 35% vieglāku nekā kalumi un režģa stiprināšanas tehnoloģija, lai tas būtu ilgāks par 10 ⁸ cikliem garākus.
3. Medicīniskie implanti: divkāršs sasniegums personalizācijā un bioloģiskā savietojamībā
Izraēlas komanda izveidoja 3D - drukātu titāna sakausējuma kaulu sastatni, kas uztur porainību 75%, izmantojot topoloģijas optimizāciju, un tai ir mehāniskas īpašības, kas atbilst cilvēka trabekulārā kaula īpašībām par 98%. Džonsons un Džonsons izmantoja DMLS tehnoloģiju, lai izdrukātu porainus gūžas locītavas ar RA virsmas raupjumu, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,8 μm. Tas lika kaulam integrēt par 40% ātrāk pēc operācijas nekā ar standarta implantiem un samazināja pacientu atgūšanas laiku par 50%.
3, ceļš uz ieviešanu: pilna procesa kontrole no projektēšanas līdz masu ražošanai
1. Digitālais dizains slēgtā cilpā
Daudzu fizisko lauku simulācija: mēs izmantojam Altair Optistruct vai ANSYS topoloģijas optimizāciju statiskai, dinamiskai un termodinamiskai savienojuma analīzei, lai pārliecinātos, ka dizains darbosies dažādās situācijās.
Dizains, kas veido lietas: AI sistēmas, piemēram, ntopoloģija vai Autodesk Fusion 360, automātiski veido vairākas topoloģijas shēmas un optimizē tās daudziem mērķiem, ņemot vērā tādus faktorus kā izmaksas un ražošanas cikls.
Pārbaudot saderību ar drukāšanu: Izmantojiet programmatūru Magics vai NetFABB, lai izveidotu atbalsta struktūras, projektētu sagriešanas ceļus un modelētu drukāšanu, lai atrastu svarīgus faktorus, piemēram, atlikušo stresu un deformāciju.
2. Procesa parametru uzlabošana
Materiālu izvēle: izvēlieties drukāšanas materiālus, kas ir piemēroti gabaliem, pamatojoties uz to, cik labi tiem jāstrādā. Piemēram, Ti6al4V ir labākā izvēle strukturālām detaļām lidmašīnās, TA15 titāna sakausējumam tiek izmantots medicīniskiem implantiem, un Inconel 718 niķeļa - balstīts sakausējums tiek izmantots detaļām, kuras jāstrādā augstā temperatūrā.
Enerģijas blīvuma kontrole: lai kausējuma baseins būtu labāka un mazāk poraina, tiek mainīta lāzera jauda (100–1000W), skenēšanas ātrums (500–2000 mm/s) un slāņa biezums (20–100 μm). Piemēram, platīna blt - S400 ierīce izmanto dinamisku fokusēšanas tehnoloģiju, lai alumīnija sakausējuma drukāšana būtu 99,9% blīvāka.
Post - apstrādes tehnoloģija: karsta izostatiska presēšana (gūžas) atbrīvojas no trūkumiem materiāla iekšpusē, un virsmas apstrāde, piemēram, smilšu strūkla un elektroķīmiskā pulēšana, padara to spēcīgāku pret nogurumu.
3. Kvalitātes pārbaudes paņēmiens
Skatoties tiešsaistē: izmantojiet augstus - ātruma kameras un infrasarkano staru termiskos attēlus, lai novērstu izkausētā baseina temperatūru un pulvera vienmērīgumu, kas izplatās reālā laikā. Pēc tam izmantojiet mašīnmācīšanās algoritmus, lai izsūtītu brīdinājumus par defektiem.
Non - Destruktīva pārbaude: izmanto rūpniecisko CT skenēšanu, lai atrastu lūzumus un poras lietās, un DIC (digitālā attēla korelācijas) tehnoloģiju, lai izmērītu drukāto detaļu deformācijas sadalījumu.
Standartu sertifikācija: ievērojiet starptautiskus standartus, piemēram, ASTM F3184 (medicīniskiem implantiem) un ISO/ASTM 52900 (vispārējai metāla drukāšanai), lai pārliecinātos, ka jūsu produkti atbilst standartiem.