Osade suuruse vähendamine, osade arvu vähendamine ja osade kaalu vähendamine on lennunduse, autotööstuse ja muude valdkondade järeleandmatu püüdlus. Näiteks iga gramm lennuki kaalu vähendamist võrdub suure kütusekulu vähendamisega teeninduse ajal. Teise näitena saab satelliidi komponentide suuruse vähendamisega varustada rohkem ruumi aku võimsuse suurendamiseks, suurendades seeläbi aega, mille jooksul satelliit ruumis viibib.
Tuleb märkida, et kergekaalu all mõistetakse üldiselt materjali eemaldamist komponendist või osast selle kaalu vähendamiseks. See juhtub ja seetõttu on sageli rõhk "materjalide vähendamisel" või mõne materjali asendamisel muude kergete materjalidega.
Valides suurema eritugevusega materjali, saab detaili üldmassi vähendada. Näiteks kui võrrelda roostevaba terast, alumiiniumisulamit ja titaanisulamit, on titaanisulamil suurem eritugevus ja see võib sama jõudlustaseme saavutamiseks kasutada vähem materjali.
See keskendumine materjalidele mõjutab seega osade disaini, mis peegeldab seda, kuidas põhimõttelised disainimuudatused võivad aidata minimeerida materjalikulu ja lõpuks lühendada ehitusaega.
Kuna iga konstruktsiooni kerge kaal mõjutab otseselt osade mehaanilisi omadusi, on valmistatavus üks olulisemaid kergust mõjutavaid tegureid. Teil võib olla kõige kergem ja kõrgeima jõudlusega teoreetiline disain, kuid kui seda ei saa toota, on see disain kasutu. muutuda kasutuks.
Teine oluline tegur on osa maksumus. Kui kergosa on topoloogia optimeerimise abil halvasti projekteeritud, kaasnevad liigsete tugistruktuuride eemaldamisega ja pinnatöötluste lisamisega lisakulud. Teisest küljest võib punktmaatriksvõrede ja TPMS-struktuuride printimine pikendada 3D-printimise aega, mis toob kaasa suuremad osa tootmiskulud.
Tootjad on lisandite tootmist kasutanud kaks aastakümmet, kuid alles viimastel aastatel on 3D-printimine näinud edusamme kergekaaluliste osade osas ja loonud uusi kergekaalulisi tarkvarastrateegiaid.
Topoloogia optimeerimine ja generatiivne disain
Üks kergekaalulisuse osas sageli uuritud tarkvarastrateegiaid on topoloogia optimeerimine: lõplike elementide meetodil (FEM) põhinev topoloogia optimeerimise võimalus, et optimeerida detaili materjali määramist jäikuse või tugevuse eesmärkide saavutamiseks, võimaldab detaili kerget disaini. See disainistrateegia optimeerib materjali paigutust antud projekteerimisruumis antud koormuste, piirtingimuste ja piirangute jaoks.
Turul aetakse topoloogia optimeerimine (topoloogia optimeerimine) ja generatiivne projekteerimine (generatiivne disain) tavaliselt paljudel juhtudel segi, kuid pärast hoolikat uurimist põhineb generatiivne disain (generatiivne disain) mõnel esialgsel parameetril iteratsiooni ja kohandamise kaudu. Leidke (optimeeritud) mudel. Topoloogia optimeerimine (Topology Optimization) on etteantud mudeli analüüsimine. Tavaliselt viiakse läbi lõplike elementide analüüs piirtingimuste alusel ja seejärel mudelit selle optimeerimiseks deformeeritakse või kustutatakse.
Generatiivne disain on inimese ja arvuti interaktsiooni ja eneseuuendusprotsess. Vastavalt sisendi kavandamise kavatsusele luuakse "generatiivse" süsteemi kaudu potentsiaalselt teostatava projekteerimisplaani geomeetriline mudel, seejärel võrreldakse seda kõikehõlmavalt ning valitud kujunduskava surutakse kujundajale lõpliku otsuse tegemiseks.
Üldiselt mõistetav generatiivne disain on disainimeetod, mis genereerib disainitarkvara algoritmide abil automaatselt kunstiteoseid, arhitektuurimudeleid ja tootemudeleid. Generatiivne projekteerimine on parameetrilise modelleerimise meetod. Disainiprotsessi ajal, pärast seda, kui disainer on tooteparameetrid sisestanud, kohandab algoritm automaatselt ja hindab, kuni saavutatakse optimaalne disain.
Võre või TPMS-ga täidetud struktuur
Lisandite valmistamise tehnikate tuleku tõttu on perioodilised rakustruktuurid, eriti kolmekordsed perioodilised minimaalsed pinnad (TPMS) äratanud ulatuslikku uurimishuvi. TPMS on sisuliselt väikseim pind, mille kõigi punktide keskmine kõverus on null. TPMS-i struktuuri saab modelleerida matemaatiliselt ja seda saab modelleerida korduvalt kolmes suunas. See muster võimaldab TPMS-rakkudel kasvada kolmes vastastikku risti olevas suunas, moodustades TPMS-rakkude 3D-massiivi.
TPMS on kolmekordne perioodiline minimaalne pind (TPMS). Konstruktsioonirakenduste jaoks on TPMS-i disainil kõrge tugevuse ja kaalu suhe. Kasutatuna koos lisandite tootmistehnikatega, võimaldab see disaineritel luua multifunktsionaalseid struktuure, millel on kõrge tugevus ja soojuseraldusomadused.
Struktuuride täitmine võrevõre või TPMS-iga on selles osas huvitavad uurimismeetodid, näiteks lisandite valmistamise tarkvara Cognitive Design on loonud suure andmebaasi selliste metamaterjalide ja nende mehaaniliste omaduste kohta. Täitmise optimeerija, mis on osa Cognitive Additive'ist, paigutab sellised struktuurid intelligentselt pingeteede alusel, vähendades üldist kaalu ilma mehaanilist jõudlust kahjustamata.
Struktuurne integratsioon
Struktuurne integratsioon on strateegia, mis nõuab tugevaid teadmisi ja võimet integreerida mitu osa üheks. Kui osa on korralikult projekteeritud, võib see pakkuda paremat funktsionaalsust. Näiteks paar aastat tagasi töötasid Airbus ja 3D Systems välja esimese lennukõlbliku metallist 3D-prinditud raadiosagedusfiltri (RF), mida testiti ja valideeriti kasutamiseks kommertssidesatelliitides.
Traditsiooniliselt on RF-filtrite projekteerimisel kasutatud standardseid komponente, nagu ristkülikukujulised õõnsused ja lainejuhi ristlõiked vertikaalsete painutustega, mille kuju ja ühendused määravad kindlaks standardsed protsessid, nagu freesimine ja EDM.
Tavaliselt on RF-filtri õõnsus töödeldud kaheks osaks, mis on poltidega kokku keeratud, mis mitte ainult ei lisa kaalu, vaid lisab ka montaažiastme ja täiendava kvaliteedikontrolli protsessi. Kasutades 3D elektromagnetilise simulatsiooni tööriista CST MWS, töötas 3D Systemsi meeskond välja RF-voolu juhtimiseks süvistatava elliptilise õõnsuse, mis vähendas tootmiskulusid ja kaalu 50 protsenti.
Uus tehisintellektil põhinev tarkvaralahendus võimaldab disainiinseneridel "programmeerida" algoritme ning sel moel arenevad ja arenevad nende disainid keeruka kujuga toodeteks, mida on lihtne valmistada lisatootmise teel.
See suundumus jätkub, väidetavalt lõputult, kuna tarkvaralahendused arenevad edasi. Täpselt nagu Tongji x Tezani disaini ja tehisintellekti labori Fan Lingi vaatlus ja analüüs "Tehisintellekti ja disaini tulevik - 2017 Disaini ja tehisintellekti aruanne": nõudluse poole äärmusliku segmenteerimise suundumus peab olema pakkumise poolel vastama tehisintellektile; Võrgu/ühenduse/suhtlemise suundumus on järk-järgult arenenud veebipõhisest teabest, võrgusuhetest ja veebis leiduvatest asjadest erinevate oskusteni veebis ning lõpuks on see südame ja aju võrgus – tehisintellekt/AI; Asendamatute ülisegmenteeritud oskustega indiviidide esilekerkimine jätkub ja keskpärasuse ajastu saab otsa; tulevane organisatsioon on uus inimese/arvuti interaktsiooni organisatsioon ja nad määravad paindlikult ülesandeid välistele talentidele, sisemistele talentidele või masinatele, mis täidetakse automaatselt. Mehhanism integreerib kogu projekteerimise töövoo, et saavutada optimaalne ülesande täitmise tee.