Topologian optimointi on suunnittelutyökalu, joka auttaa sinua vähentämään painoa tarkalleen.
Topologian optimointi on suunnittelumenetelmä, joka käyttää matemaattisia algoritmeja ja äärellisten elementtien analyysiä parhaan materiaalin jakelujärjestelmän luomiseen tietyn suunnittelutilan voiman tilanteen ja suorituskyvyn tarpeiden perusteella. Tämä tekee rakenteesta vaaleamman. Topologian optimoinnin jälkeen on kuitenkin vaikea valmistaa monimutkaisia rakenteita tyypillisillä valmistusmenetelmillä. Topologian optimointia voidaan käyttää turbiinien terien valmistamiseen lentokoneiden moottoreihin, joilla on monimutkaisia sisätiloja ja onteloita. Tämä voi auttaa terien kevyempiä varmistaen samalla, että ne ovat vahvoja ja jäykkiä. Topologian optimointisuunnittelua on kuitenkin vaikea käyttää, koska perinteiset valu- ja mekaaniset prosessointimenetelmät eivät voi tehdä näitä monimutkaisia sisärakenteita tarkasti.
Tämä ongelma ratkaisee täydellisesti metalli 3D -tulostustekniikalla. Se toimii pinoamalla kerroksia toistensa päälle ja voi tehdä monimutkaisia rakenteita heti topologian optimoinnin jälkeen. Suunnittelijat voivat käyttää topologiaoptimoituja CAD-malleja tehdäkseen terät monimutkaisten sisäisten rakenteiden kanssa tuomalla ne 3D-tulostimiin. Tulostimet pinottavat sitten metallijauhetta tai lankaa mallitietojen mukaan. Tämä kyky saada asiat täsmälleen oikealle antaa energialaitteille olla mahdollisimman kevyitä samalla kun toimii hyvin. Esimerkiksi metalli 3D -tulostustekniikalla valmistetut topologian optimoidut terät voivat olla 10–30% kevyempiä kuin tavalliset terät. Tämä parantaa moottorin työntövoiman suhdetta ja polttoainetaloutta.
Hilan rakenteen suunnittelu tarkoittaa oikean tasapainon löytämistä painon ja suorituskyvyn välillä.
Hilan rakenne on kevyt, huokoinen rakenne, joka koostuu monista toistuvista yksiköistä. Sillä on korkea spesifinen lujuus, korkea erityinen jäykkyys ja voimakkaat energian imeytymisominaisuudet. Hilan rakenteen käyttäminen oikein energialaitteissa voi tehdä siitä kevyemmän pitäen sen edelleen vahvana ja vakaana. Esimerkiksi suunnitellessasi tuuliturbiinien tornia, klassiset tornit käyttävät yleensä kiinteitä tai yksinkertaisia onttoja rakenteita, jotka ovat raskaalla puolella. Hilan kehyksen lisääminen voi tehdä tornista paljon kevyempiä pitäen sen silti vahvana ja jäykänä.
Metalli 3D -tulostustekniikka voi helposti tehdä laajan valikoiman hilarakenteita. Suunnittelijat voivat tehdä erikokoisia, muotoja ja tiheyksiä, jotka vastaavat energialaitteiden tarpeita, ja he voivat tehdä tämän 3D -tulostimien kanssa. Metalli 3D -tulostus pystyy hallitsemaan hilarakennetta tarkemmin kuin perinteiset valmistusmenetelmät. Tämä tekee hilayksiköiden ja rakenteen väliset yhteydet vakaammiksi. Esimerkiksi, kun tehdään tuuliturbiinien tornien paikallisia tukirakenteita, metalli 3D -painettujen hilarakenteiden käyttäminen ei vain tee tornista kevyempää, vaan tekee siitä myös väsymyksen kestävyyden ja paremmin absorboivia iskuja, mikä tekee laitteista kestävät pidempään.
Integroitu valmistus: Liittimien ja kokonaispainon vähentäminen
Perinteisten energialaitteiden tekeminen tarkoittaa yleensä monien osien kokoamista, mikä tarkoittaa paljon liitäntöjä, kuten pultteja, niittejä, hitsatut liitokset ja niin edelleen. Nämä liittimet eivät vain tee laitteista raskaampia, vaan ne saattavat myös painottaa kytkentäpisteitä, mikä voi tehdä laitteista vähemmän luotettavia ja lyhentää sen käyttöikää. Esimerkiksi, kun valmistetaan reaktorin paineastia ydinvoimalaitoksille, tyypilliset menetelmät vaativat useita osia erikseen ja sitten hitsaamaan ja kokoamaan ne yhteen. On vaikea olla varma, että hitsatut nivelet ovat riittävän vahvoja, ja ne tekevät aluksesta raskaampia.
Metalli 3D -tulostustekniikka voi tehdä energialaitteita yhtenä kappaleena. Suunnittelijat voivat yhdistää useiden osien mallit yhdeksi CAD -malliksi ja tulostaa sen sitten kerralla 3D -tulostimella. Tämä ei vain vähennä liittimien lukumäärää ja tekee laitteista vaaleamman, mutta se estää myös laatuongelmia tapahtumasta yhteysongelmien takia. Esimerkiksi metallin 3D -tulostuksen käyttäminen integroidun valmistuksen tuotannossa ydinvoimalaitosreaktorin paineastiaan voi vähentää hitsausliitoksen lukumäärää, tehdä aluksesta vahvempi ja paremmin suljettu ja tehdä siitä noin 15–20% kevyempi. Tämä alentaa ydinvoimalaitoksen rakennus- ja toimintakustannuksia.
Materiaalien optimointi: Valitse vahvat, mutta eivät ole liian raskaita.
Metalli 3D -tulostustekniikka antaa energialaitteiden valmistajille enemmän vaihtoehtoja materiaalien suhteen. Voit käyttää uusia kevyitä ja vahvoja materiaaleja, kuten metallipohjaisia komposiittimateriaaleja, samoin kuin klassisia metalleja, kuten titaaniseoksia, alumiiniseoksia, nikkelipohjaisia seoksia ja paljon muuta. Nämä materiaalit ovat eri tavoin vahvempia ja jäykempiä, mikä voi auttaa pitämään laitteet toimimaan pienentämällä sen painoa. Esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteollisuuden energianpoistojärjestelmässä titaanipohjaisilla komposiittimateriaaleilla tehdyt osat 3D-tulostuksella ovat 20–30% kevyempiä kuin perinteiset titaaniseososat. Ne vastustavat myös korkeita lämpötiloja ja korroosiota paremmin.
Metalli 3D -tulostus voi myös tehdä materiaaleista leviämään kaltevuudella. Suunnittelijat voivat muuttaa materiaalien meikkiä ja mikrorakennetta sen perusteella, kuinka paljon stressiä he ovat alla ja kuinka hyvin he tarvitsevat työskennellä komponenttien eri osissa. Tämä auttaa heitä saamaan parhaat ominaisuudet pois materiaaleista. Esimerkiksi, kun teet vaihteita energialaitteille, voit käyttää hampaiden pinnalla kovia materiaaleja, jotta hammaspyörät todennäköisemmin kuluvat. Voit myös käyttää kovia materiaaleja vaihdejuurissa, jotta se todennäköisemmin rikkoutuu, kun se osuu mihin tahansa. Energialaitteet voidaan tehdä vielä kevyemmiksi samalla, kun ne täyttävät silti suorituskykystandardit, koska kyky optimoida materiaalit ja kaltevuuden jakauma.
Nopea iteraatio ja validointi: kevyiden asioiden suunnitteluprosessin nopeuttaminen
Se vie usein useita suunnittelun iteraatioita ja validointeja kevyiden energialaitteiden valmistamiseksi. Suunnitteluversiot eivät ole yhtä tehokkaita, kun perinteisillä valmistusprosesseilla on laajat prototyyppisyklit ja mojovat hinnat. Esimerkiksi uuden tyyppisen sähköajoneuvojen akun pidikkeen prototyypin valmistus perinteisillä menetelmillä voi viedä viikkoja tai jopa kuukausia, ja joka kerta kun suunnittelu muuttuu, muottien ja prosessoiden uudelleenmuokkaaminen maksaa rahaa.
3D -tulostus metallilla voi tehdä prototyyppejä nopeasti. Suunnittelijat voivat nopeasti muuttaa CAD-mallit tosielämän prototyypiksi mekaanisen suorituskyvyn, väsymyksen ja muiden todentamistehtävien testaamiseksi. Testitulosten perusteella suunnittelijat voivat parantaa suunnittelua nopeasti entistä enemmän ja tehdä 3D -tulostamista ja tarkistamista uudelleen. Tämä kyky iteroida ja validoida nopeasti vähentävät kevyiden energialaitteiden suunnitteluun ja tutkimuksen ja kehityksen kustannuksia alentamiseen. Esimerkiksi metalli 3D -tulostustekniikalla sähköautojen akun pidikkeen suunnittelu iteraatiosykli voi siirtyä monien kuukausien ottamisesta perinteisillä menetelmillä vain muutaman päivän. Tämä nopeuttaa asioiden kevyempiä.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-additive-manufacturing-of-titanium.html