DTU i TU Delft: Ortotropowe wypełnienie przystosowane do stresu do druku 3D

Podkreślając lepsze sposoby wytwarzania struktur pokrytych regularnym wypełnieniem, poprawy jakości i wciąż korzystniejszej ceny w produkcji, zespół badawczy przedstawia nową metodę generowania wypełnienia ortotropowego dostosowanego do stresu w druku 3D. Zwracając uwagę na to, że metody takie jak drukowanie 3D FDM, znane z wytwarzania stałych struktur, oferują stale stabilne struktury, naukowcy twierdzą, że optymalizacja złożonych geometrii jest idealnym wyzwaniem, które technologia, taka jak drukowanie 3D i produkcja przyrostowa, powinna być w stanie przezwyciężyć również przy użyciu wypełnienia . Rozpoczynają od omówienia optymalizacji topologii opartej na homogenizacji dla struktur powlekanych, a następnie w drugiej połowie ich pracy wyjaśniają sposób tworzenia obiektów o wysokiej rozdzielczości na cienkiej siatce.

Powlekanie jest pierwszym tematem, chociaż naukowcy wskazują, że technika rozróżniania między wypełnieniem a powłoką jest prawie identyczna.

„Procedura rozróżniania powłoki od wypełnienia wykorzystuje dwie dobrze znane metody filtrowania w optymalizacji topologii” - stwierdzają naukowcy . „Pierwszym jest wygładzanie przy użyciu filtra gęstości. Drugi to krok projekcji, aby wymusić wygładzone wartości w przedziale 0 lub 1. ”

Zespół zauważył, że przy użyciu pojedynczej techniki wygładzania i projekcji (SSP) struktury miały tendencję do lepszego zgodność, ale znaleźli puste przestrzenie w strukturze w obszarach nie pokrytych powłoką. Dzięki podwójnemu wygładzaniu i projekcji (DSP) odkryli, że w porównaniu do SSP nastąpił prawie 90-procentowy spadek zanikającej powłoki. I chociaż dalsze badania byłyby wymagane, naukowcy również twierdzą, że „zniknięciu powłok” można zapobiec, jeśli przetwarzanie obrazu zostanie zastosowane po optymalizacji opartej na homogenizacji i wymuszonej powłoce. Ogólnie rzecz biorąc, odkryli, że DSP zapewnia „wyraźne rozróżnienie” pomiędzy powłoką, wypełnieniem i wszelkimi pustkami CD3D .

Gdy zaczęli mapować projekty powlekane w drugiej połowie badania, wyjaśnili, w jaki sposób ich innowacyjna okresowość rafinacji pozwala na regularne odstępy między wypełnieniami.

„Eksperymenty numeryczne pokazują, że projektowane projekty, pomimo braku separacji skale są bardzo bliskie (od 1% do 2%) do wydajności opartej na homogenizacji ”- stwierdzili naukowcy.

Taka optymalizacja wypełnienia spowodowała również powstanie projektów o większej rozdzielczości i wyższejwydajność - wszystko z kosztem obliczeniowym, który projektują na dziesięć razy niższym lub wyższym. Podejście to skutkuje również poprawą sztywności o 31% (lub podobnym zmniejszeniem masy) przy upuszczaniu konwencjonalnego wypełnienia izotropowego na korzyść wypełnienia dostosowanego do naprężeń ortotropowych.

„To ogólne obiecujące podejście pozwala na rozszerzenie metody na 3D lub bardziej złożone sytuacje ładowania. Głównym wyzwaniem tutaj będzie znalezienie parametryzacji, która pozwoli na płynnie zmieniające się mikrostruktury w domenie ”- podsumował zespół badawczy. „Jesteśmy przekonani, że taka parametryzacja może i zostanie znaleziona.”