Аддитивное производство как средство достижения новой обработки продукта

Аддитивное производство как средство достижения новой обработки продукта

Аддитивное производство, в частности, трехмерная печать, представлена процессом изготовления деталей послойно путём добавления и обработки материалов. Достижения в области технологии аддитивного производства позволили достичь обработки широкого спектра материалов под создание продуктов различного назначения — от медицинских имплантатов до деталей авиационных двигателей. Продукты, богатые по форме, материальным, иерархическим и функциональным сложностям, наделены высоким потенциалом, позволяющим революционизировать существующие процессы разработки продукта.

Адаптация конструкций под экономичность

Для обычных производственных процессов главной задачей дизайнеров видится адаптация конструкций с целью устранения трудностей производства и минимизации затрат. Напротив, аддитивное производство демонстрирует меньше производственных ограничений, предлагая дизайнерам больше свободы исследования.

Поэтому дизайнерам остаётся только изыскивать оптимальные дизайнерские решения из миллионов вариантов дизайна, отличающихся:

  • геометрией,
  • топологией,
  • структурой,
  • материалом.

Достаточно утомительная задача вкупе с современными методами проектирования и инструментами автоматизированного проектирования (CAD). Причина — отсутствие способности быстро исследовать и эксплуатировать такое многомерное пространство проектирования.

И вот, чтобы решить эту проблему, исследователи Центра цифрового производства и проектирования Сингапурского университета технологии и дизайна предложили целостный подход. Предложением даются методы на основе данных в поиске и оптимизации проектирования на последовательных этапах процесса проектирования для продуктов аддитивного производства.

Специалисты использовали простые, недорогие в вычислительном отношении суррогатные модели в процессе исследования проекта. При помощи моделей учёные аппроксимировали и заменили сложные высокоточные модели инженерного анализа для быстрого сужения многомерного пространства проектирования.

На следующем этапе провели оптимизацию конструкции на основе усовершенствованных суррогатных моделей, с целью получения единого оптимального дизайна. Эти суррогатные модели обучаются на основе обновленного набора данных с применением методики повторной выборки по Маркову в цепочке Монте-Карло.

Демонстрация аддитивного производства

Этот конструктивный подход специалисты продемонстрировали на изготовленной аддитивным производством лодыжечной связке. Продукт имеет настраиваемые механические характеристики для облегчения процесса восстановления суставов. В этой конструкции исследователи выбрали мета-материал, имеющий структуру в форме подковы. Жёсткость материала адаптируема.

Предложенный подход к проектированию был применен для оптимизации ориентации и размеров геометрии подковообразной структуры в различных областях для достижения желаемых распределений жёсткости. Такие геометрические сложности, создаваемые аддитивным производством, обеспечивают дизайну голеностопного сустава уникальное и выгодное поведение.


При помощи информации: SUTD