Kuidas saavutada tööstusseadmete osade topoloogia optimeerimine 3D -printimise kaudu?

一, koos tehniliste küsimustega tegeledes: topoloogia optimeerimine ja 3D -printimise alumine loogika
1. topoloogia optimeerimine: matemaatika - põhinev revolutsioon materjalides
Lõplike elementide analüüs (FEA) ja optimeerimise algoritmid töötavad koos, et leida parim viis materjalide levitamiseks teatud koormuse ja piirangutingimustes. Seda nimetatakse topoloogia optimeerimiseks. Oma tuumas jaguneb disainiruumi piiratud komponentideks, eemaldab korduvate arvutuste abil madalad - pingekohtade materjalid, hoiab kõrge - koormuse - laagriosad ja valmistab lõpuks biomimeetilisi struktuure. Näiteks topoloogia - optimeeritud 3D -prinditud titaansulamist sulg Airbus A320 vähendab kaalu 45% ja laiendab osa eluiga 30%, näidates, et see tehnoloogia on kasulik lennundustööstuses.
2. 3 d printimine: viis digitaalsete mudelite tegelikeks osadeks muuta
Materjalide üksteise peale virnastades saab 3D -printimistehnoloogia otseselt keerulisi struktuure. See tähendab, et traditsiooniline subtraktiivne tootmine ei vaja enam vorme ja lõiketööriistu. Näiteks võib selektiivne laseri sulamine (SLM) saavutada energiatiheduse 10 ⁶ w/cm ², mis on piisav materjalide sulatamiseks, mida on raske valmistada, sellised titaansulamid ja nikkel - põhinevad sulamid. Topoloogia optimeerimisprotsessi on võimalik tagada, hoides kihi paksuse 20–50 μm piires. Platinum BLT - A320 seadmed prindib jalgrattakella aluse, mis on vaid 12 grammi raske (sama kui kaks üks - jüaani mündid), kuna topoloogia optimeerimiseks. Samuti läbib see 100 000 vibratsioonitesti, veendumaks, et see on struktuurilt mõistlik.
2, kasutage tööstuses: täielik tungimine karmidest seadetest igapäevastesse olukordadesse
1. lennundus: parim mäng kaalu kaotamiseks ja paremaks muutmiseks
Ruagi ruum on vähendanud antennisulgude raskust 60% ja suurendanud põhisageduse 120Hz -lt 185Hz -ni, kasutades topoloogia optimeerimist ja DMLS -tehnoloogiat. See on oluliselt parandanud anti - vibratsiooni jõudlust satelliittootmise valdkonnas. See osa on veelgi muljetavaldavam, kuna see ühendab elektrilised juhtmestikud, helkurid ja konstruktsioonikomponendid üheks seadmeks, vähendades kokkupaneku aja jooksul 30%. Hiina lennundustööstuse korporatsioon (AECC) on 3D -printimise abil valmistanud miniatuurseid turboreaga mootoreid. Topoloogia optimeerimine on ühendanud 17 elementi üheks, mis on suurendanud tõukejõu - massisuhte - 25% võrra ja täitnud lünga Hiina seotud sektorites.
2. energiaseadmed: uued materjalid, mis võivad toimida väga karmides tingimustes
Westinghouse Electric kasutab EBM -tehnoloogiat, et printida tuumakütuse tuumatorusid tuumaenergia tööstuses. Topoloogia optimeerimine loob gradiendi pooride struktuuri, mis hoiab struktuuri stabiilsena kõrgel temperatuuril 1000 kraadi. See lahendab tüüpilise tsirkooniumisulami probleemi õnnetuse korral hõlpsalt sulavana. Vestas on leiutanud käigukasti planeedi kandja tuuleenergia piirkonnas, kasutades topoloogia optimeerimist. Nad kasutasid SLM -i trükitud alumiiniumsulamist osi, et muuta see 35% kergemaks kui võltsinud ja võre tugevdamise tehnoloogia, et see kestaks 10 ⁸ tsüklit pikemaks.
3. Meditsiinilised implantaadid: kahekordne läbimurre isikupärastamise ja biosobivuse alal
Iisraeli meeskond lõi 3D - trükitud titaansulamist luu karkassid, mis hoiab topoloogia optimeerimise kaudu poorsust 75% -l ja millel on mehaanilised omadused, mis vastavad inimese trabekulaarse luu omadusele 98%. Johnson & Johnson kasutasid DMLS -tehnoloogiat poorsete puusaliigeste printimiseks, mille pinnakaredus on RA, mis on vähem või võrdne 0,8 μm. See muutis luu pärast operatsiooni 40% kiiremini kui standardsete implantaatide puhul ja vähendas patsientide taastumisaega 50%.
3, tee rakendamiseni: täielik kontroll protsessi üle disainist kuni massitootmiseni
1. digitaalne disain suletud silmuses
Paljude füüsikaliste väljade simuleerimine: kasutame Altair Optistruct või ANSYS -i topoloogia optimeerimist staatilise, dünaamilise ja termodünaamilise sidumise analüüsi jaoks, et veenduda, et disain töötab hästi erinevates olukordades.
Kujundus, mis teeb asju: AI -süsteemid nagu ntopoloogia või Autodesk Fusion 360 konstrueerivad automaatselt mitu topoloogiaskeemi ja optimeerige neid paljude eesmärkide saavutamiseks, võttes arvesse selliseid tegureid nagu kulud ja tootmistsükkel.
Ühilduvuse kontrollimine printimisega: kasutage tarkvara Maakics või NetFABB, et valmistada tugistruktuure, kujundada viilutamisteed ja simuleerida printimist, et leida olulisi tegureid nagu jääkpinge ja deformatsioon.
2. protsessi parameetrite parandamine
Materjalide valimine: valige trükimaterjalid, mis sobivad tükkide jaoks vastavalt sellele, kui hästi nad peavad töötama. Näiteks TI6AL4V on parim valik lennukite struktuuriosade jaoks, TA15 Titaniumsulamit kasutatakse meditsiiniliste implantaatide jaoks ja Inconel 718 nikkel - põhinevat sulamit kasutatakse osade jaoks, mis peavad töötama kõrgetel temperatuuridel.
Energiatiheduse juhtimine: sulamisbasseini kuju paremaks muutmiseks on muutunud laservõimsus (100–1000W), skaneerimiskiirus (500–2000mm/s) ja kihi paksus (20–100 μm). Näiteks Platinum BLT - S400 seade kasutab dünaamilist fookusetehnoloogiat alumiiniumisulamist printimiseks 99,9%.
Posti - töötlemise tehnoloogia: kuum isostaatiline pressimine (puusa) vabaneb puudustest materjali sees ja pinnatöötlused, näiteks liivapritsimine ja elektrokeemiline poleerimine muudavad selle väsimuse vastu tugevamaks.
3. Kvaliteedi kontrollimise tehnika
Veebis vaatamine: kasutage kõrgeid - kiiruskaameraid ja infrapuna termilisi pildistajaid, et hoida silma sulamisse basseini temperatuuril ja reaalajas leviva pulbri ühtluses. Seejärel kasutage defektihoiatuste saatmiseks masinõppe algoritme.
Non - hävitav testimine: kasutab tööstuslikku CT -skaneerimist, et leida luumurdusid ja poorid asjade sees ning DIC (digitaalse pildi korrelatsioon) tehnoloogia, et mõõta trükitud osade tüve jaotust.
Standardite sertifitseerimine: järgige rahvusvahelisi standardeid nagu ASTM F3184 (meditsiiniliste implantaatide jaoks) ja ISO/ASTM 52900 (üldise metalli printimise jaoks), et veenduda, kas teie tooted vastavad standarditele.