Sumažinti dalių dydį, mažinti dalių skaičių ir mažinti dalių svorį yra nenumaldomas aviacijos, automobilių gamybos ir kitų sričių siekis. Pavyzdžiui, kiekvienas orlaivio svorio sumažinimo gramas prilygsta daug kuro sąnaudų sumažinimui atliekant techninę priežiūrą. Kitas pavyzdys: sumažinus palydovo komponentų dydį, galima suteikti daugiau vietos, kad padidėtų baterijos energija ir taip pailgėtų palydovo buvimo erdvėje laikas.
Reikėtų pažymėti, kad lengvas svoris paprastai suprantamas kaip medžiagos pašalinimas iš komponento ar dalies, siekiant sumažinti jo svorį. Taip atsitinka, todėl dažnai akcentuojamas „medžiagų mažinimas“ arba kai kurių medžiagų pakeitimas kitomis lengvomis medžiagomis.
Pasirinkus didesnio specifinio stiprumo medžiagą, galima sumažinti bendrą detalės svorį. Pavyzdžiui, jei palyginsime nerūdijantį plieną, aliuminio lydinį ir titano lydinį, titano lydinys turi didesnį specifinį stiprumą ir gali naudoti mažiau medžiagų, kad pasiektų tą patį veikimo lygį.
Todėl šis dėmesys medžiagoms turi įtakos dalių dizainui, kuris atspindi, kaip esminiai dizaino pakeitimai gali padėti sumažinti medžiagų suvartojimą ir galiausiai sutrumpinti gamybos laiką.
Kadangi bet kokios konstrukcijos lengvas svoris tiesiogiai paveiks detalių mechanines savybes, gamybiškumas yra vienas iš svarbiausių lengvumą įtakojančių veiksnių. Galite turėti lengviausią ir našiausią teorinį dizainą, tačiau jei jo neįmanoma pagaminti, ši konstrukcija yra nenaudinga. tapti nenaudinga.
Kitas svarbus veiksnys yra detalės kaina. Jei lengvoji dalis yra blogai suprojektuota naudojant topologijos optimizavimą, atsiras papildomų išlaidų pašalinant perteklines atramines konstrukcijas ir pridedant paviršiaus apdorojimą. Kita vertus, spausdinant taškinės matricos groteles ir TPMS struktūras, gali pailgėti 3D spausdinimo laikas, todėl dalies gamybos sąnaudos padidės.
Gamintojai priedų gamybą naudoja jau du dešimtmečius, tačiau tik pastaraisiais metais 3D spausdinimas pastebėjo lengvų dalių pažangą ir sukūrė naujas lengvųjų dalių programinės įrangos strategijas.
Topologijos optimizavimas ir generacinis projektavimas
Viena iš dažnai tiriamų programinės įrangos strategijų, susijusių su lengvumu, yra topologijos optimizavimas: Topologijos optimizavimo galimybė, pagrįsta baigtinių elementų metodu (FEM), skirta optimizuoti dalies medžiagos priskyrimą standumo ar stiprumo tikslams, įgalina dalį lengvo dizaino. Ši projektavimo strategija optimizuoja medžiagos išdėstymą tam tikroje projektavimo erdvėje tam tikram apkrovų, ribinių sąlygų ir apribojimų rinkiniui.
Rinkoje topologijos optimizavimas (topologijos optimizavimas) ir generatyvusis projektavimas (generatyvus projektavimas) dažniausiai yra painiojami daugeliu atvejų, tačiau po kruopštaus tyrimo, generatyvusis projektavimas (generatyvus projektavimas) yra pagrįstas kai kuriais pradiniais parametrais iteracijos ir koregavimo būdu. Raskite (optimizuotą) modelį. Topologijos optimizavimas (Topologijos optimizavimas) yra tam tikro modelio analizė. Įprasta atlikti baigtinių elementų analizę, pagrįstą ribinėmis sąlygomis, o tada deformuoti arba ištrinti modelį, kad jį optimizuotų.
Generatyvusis dizainas yra žmogaus ir kompiuterio sąveikos ir savęs inovacijų procesas. Pagal įvedėjo projektavimo tikslą, naudojant „generacinę“ sistemą, sugeneruojamas potencialiai įgyvendinamo projektavimo plano geometrinis modelis, o vėliau visapusiškai palyginamas, o pasirinktas projektavimo planas siunčiamas dizaineriui galutiniam sprendimui priimti.
Paprastai suprantamas generatyvusis dizainas yra projektavimo metodas, kuris automatiškai generuoja meno kūrinius, architektūrinius modelius ir gaminių modelius naudojant projektavimo programinės įrangos algoritmus. Generatyvusis projektavimas yra parametrinio modeliavimo metodas. Projektavimo proceso metu, dizaineriui įvedus gaminio parametrus, algoritmas automatiškai koreguosis ir vertins tol, kol bus gautas optimalus dizainas.
Grotelių arba TPMS užpildyta struktūra
Dėl priedų gamybos metodų atsiradimo periodinės ląstelių struktūros, ypač trigubi periodiniai minimalūs paviršiai (TPMS), sulaukė didelio mokslinių tyrimų susidomėjimo. TPMS iš esmės yra mažiausias paviršius, kurio vidutinis visų taškų kreivumas yra lygus nuliui. TPMS struktūrą galima modeliuoti matematiškai ir pakartotinai modeliuoti trimis kryptimis. Šis modelis leidžia TPMS ląstelėms augti trimis viena kitai statmenomis kryptimis, sudarydamos 3D TPMS ląstelių masyvą.
TPMS yra trigubas periodinis minimalus paviršius (TPMS). Struktūrinėms reikmėms TPMS konstrukcija pasižymi dideliu stiprumo ir svorio santykiu. Naudojamas kartu su priedinėmis gamybos technologijomis, leidžia dizaineriams sukurti daugiafunkcines konstrukcijas, pasižyminčias dideliu stiprumu ir šilumos išsklaidymo savybėmis.
Struktūrų užpildymas grotelėmis arba TPMS yra įdomūs metodai, kuriuos reikia ištirti šiuo klausimu, pavyzdžiui, priedų gamybos programinė įranga „Cognitive Design“ sukūrė didelę tokių metamedžiagų ir jų mechaninių savybių duomenų bazę. „Infill Optimizer“, „Cognitive Additive“ dalis, išmaniai išdėsto tokias struktūras pagal įtempių kelius, sumažindamas bendrą svorį nepakenkiant mechaninėms savybėms.
Struktūrinė integracija
Struktūrinė integracija yra strategija, kuriai reikia tvirtos patirties ir gebėjimo integruoti kelias dalis į vieną. Tinkamai suprojektuota dalis gali pagerinti funkcionalumą. Pavyzdžiui, prieš kelerius metus „Airbus“ ir „3D Systems“ sukūrė pirmąjį tinkamą skraidyti metalinį 3D spausdintą radijo dažnio (RF) filtrą, išbandytą ir patvirtintą naudoti komerciniuose telekomunikacijų palydovuose.
Tradiciškai RF filtrai projektuojami naudojant standartinius komponentus, tokius kaip stačiakampės ertmės ir bangolaidžio skerspjūviai su vertikaliais posūkiais, kurių formą ir jungtis lemia standartiniai procesai, tokie kaip frezavimas ir EDM.
Paprastai RF filtro ertmė yra apdirbama iš dviejų dalių, kurios yra sujungtos varžtais, o tai ne tik padidina svorį, bet ir padidina surinkimo žingsnį bei papildomą kokybės tikrinimo procesą. Naudodama CST MWS programinę įrangą, 3D elektromagnetinio modeliavimo įrankį, 3D Systems komanda sukūrė įdubą elipsės formos ertmę, skirtą RF srovei nukreipti, o dizainas sumažino gamybos sąnaudas ir sumažino svorį 50 procentų.
Naujas dirbtiniu intelektu paremtas programinės įrangos sprendimas leidžia projektavimo inžinieriams „programuoti“ algoritmus ir tokiu būdu jų dizainai vystosi ir virsta sudėtingų formų produktais, kuriuos galima lengvai pagaminti naudojant priedus.
Ši tendencija tęsis, be abejo, neribotą laiką, nes programinės įrangos sprendimai ir toliau vystosi. Kaip ir Fan Ling iš Tongji x Tezan dizaino ir dirbtinio intelekto laboratorijos „Dirbtinio intelekto ir dizaino ateities - 2017 dizaino ir dirbtinio intelekto ataskaitos“ stebėjimas ir analizė: ekstremalaus segmentavimo tendencija paklausos pusėje turi pasiūlos pusėje turi būti suderintas dirbtinis intelektas; Interneto/ryšio/sąveikos tendencija pamažu išsivystė nuo internetinės informacijos, internetinių santykių ir internetinių dalykų iki įvairių įgūdžių internete ir ilgainiui bus prisijungę prie širdies ir smegenų – dirbtinio intelekto/AI; lydimi nepakeičiamų Asmenų, turinčių itin segmentuotų įgūdžių, ir toliau atsiras, o vidutinybės era baigsis; būsima organizacija bus nauja žmogaus ir kompiuterio sąveikos organizacija, ir jie lanksčiai skirs užduotis išoriniams talentams, vidiniams talentams ar mašinoms, kurios bus atliekamos automatiškai. Mechanizmas integruoja visą projektavimo darbo eigą, kad būtų pasiektas optimalus užduoties atlikimo kelias.