Como alcançar a otimização da topologia de peças de equipamentos industriais através da impressão 3D?

一, trabalhando juntos em questões técnicas: otimização da topologia e a lógica inferior da impressão 3D
1. Otimização da topologia: uma revolução baseada em matemática - em materiais em materiais
A análise de elementos finitos (FEA) e os algoritmos de otimização funcionam juntos para encontrar a melhor maneira de distribuir materiais sob determinadas condições de carga e restrição. Isso é chamado de otimização de topologia. No seu núcleo, ele divide o espaço de design em componentes finitos, remove os materiais de localizações de estresse - baixas por meio de cálculos repetidos, mantém altos - carga -} peças e finalmente produz estruturas biomiméticas. Por exemplo, a topologia - otimizado em suporte de liga de titânio impressa em 3D para o Airbus A320 reduz o peso em 45% e prolonga a vida útil da peça em 30%, mostrando que essa tecnologia é útil na indústria da aviação.
2. 3 D Impressão: uma maneira de transformar modelos digitais em partes reais
Ao empilhar materiais um no outro, a tecnologia de impressão 3D pode fazer estruturas complicadas diretamente. Isso significa que a fabricação subtrativa tradicional não precisa mais de moldes e ferramentas de corte. Por exemplo, a fusão seletiva a laser (SLM) pode atingir uma densidade de energia de 10 ⁶ W/cm ², o que é suficiente para derreter materiais difíceis de fabricar, essas ligas de titânio e níquel -}. É possível garantir o processo de design de otimização da topologia, mantendo a espessura da camada dentro de 20 a 50 μm. O equipamento Platinum BLT - A320 imprime um suporte de relógio de bicicleta que é apenas 12 gramas pesadas (o mesmo que duas moedas - yuan) porque a otimização da topologia. Ele também passa 100.000 testes de vibração para garantir que seja estruturalmente sólido.
2, use na indústria: penetração total de configurações duras a situações diárias
1. Aeroespacial: o melhor jogo para perder peso e melhorar
O espaço da RUAG reduziu o peso dos suportes de antena em 60% e aumentou a frequência básica de 120Hz para 185Hz usando a otimização de topologia e a tecnologia DMLS. Isso melhorou bastante o desempenho de vibração anti -- no campo da produção de satélites. Esta parte é ainda mais impressionante porque combina chicotes de fiação elétrica, refletores e componentes estruturais em uma unidade, reduzindo o tempo de montagem em 30%. A China Aviation Industry Corporation (AECC) produziu motores turbojet em miniatura usando a impressão 3D. A otimização da topologia combinou 17 elementos em 1, o que aumentou a taxa de peso- para -} em 25% e preencheu uma lacuna nos setores relacionados na China.
2. Equipamento energético: novos materiais que podem ser executados em condições muito adversas
A Westinghouse Electric emprega a tecnologia EBM para imprimir tubos de revestimento de combustível nuclear de liga nuclear de tungstênio na indústria de energia nuclear. A otimização da topologia cria uma estrutura de poros de gradiente que mantém a estrutura estável a altas temperaturas de 1000 graus. Isso resolve o problema do revestimento típico de liga de zircônio, derretendo facilmente no caso de um acidente. Vestas reinventou a transportadora planetária da caixa de engrenagens na área de energia eólica utilizando otimização de topologia. Eles usaram peças de liga de alumínio impressas em SLM para torná -lo 35% mais leves que a tecnologia de fortalecimento e fortalecimento da rede para fazer com que durasse 10 ⁸ ciclos por mais tempo.
3. Implantes médicos: um avanço duplo na personalização e biocompatibilidade
A equipe israelense criou um andaime ósseo de liga de titânio impressa 3D - que mantém a porosidade de 75% através da otimização da topologia e possui propriedades mecânicas que correspondem às do osso trabecular humano em 98%. A Johnson & Johnson usou a tecnologia DMLS para imprimir juntas porosas do quadril com uma rugosidade da superfície de AR menor ou igual a 0,8 μm. Isso tornou o osso integrar 40% mais rápido após a cirurgia do que com implantes padrão e reduzir o tempo de recuperação para os pacientes em 50%.
3, caminho para a implementação: controle total sobre o processo do design à fabricação em massa
1. Design digital em um circuito fechado
Simulação de muitos campos físicos: empregamos a otimização da Altair Optistruct ou Ansys Topology para análise de acoplamento estático, dinâmico e termodinâmico para garantir que o design opere bem em várias situações.
Design que faz as coisas: sistemas de IA como Ntopology ou Autodesk Fusion 360 construem automaticamente vários esquemas de topologia e otimizam -os para vários objetivos, levando em consideração fatores como ciclo de custo e fabricação.
Verificando a compatibilidade com a impressão: use o software Magics ou Netfabb para fazer estruturas de suporte, projetar vias de corte e simular a impressão para encontrar fatores importantes como estresse residual e deformação.
2. Melhorando os parâmetros do processo
Escolhendo Materiais: Escolha os materiais de impressão adequados para as peças com base em quão bem elas precisam funcionar. Por exemplo, o Ti6AL4V é a melhor opção para peças estruturais nos aviões, a liga de titânio TA15 é usada para implantes médicos e a liga baseada em níquel 718 - é usada para peças que precisam trabalhar em altas temperaturas.
Controle da densidade de energia: para tornar a forma da piscina de fusão melhor e menos porosa, a potência do laser (100-1000W), a velocidade de varredura (500-2000 mm/s) e a espessura da camada (20–100 μm) são alteradas. Por exemplo, o dispositivo Platinum BLT - S400 usa a tecnologia de foco dinâmico para tornar a impressão de liga de alumínio 99,9% mais densa.
Tecnologia para o post - Processamento: a prensagem isostática quente (quadril) se livra de falhas dentro do material, e os tratamentos de superfície como jateamento de areia e polimento eletroquímico o tornam mais forte contra a fadiga.
3. Uma técnica para verificar a qualidade
Assistindo on -line: use câmeras de velocidade e imagens térmicas infravermelhas altas para ficar de olho na temperatura da piscina derretida e na uniformidade do pó que se espalha em tempo real. Em seguida, use algoritmos de aprendizado de máquina para enviar avisos de defeito.
Non - Teste destrutivo: usa a tomografia computadorizada industrial para encontrar fraturas e poros dentro das coisas, e a tecnologia DIC (Correlação de Imagem Digital) para medir a distribuição de tensão das peças impressas.
Certificação de padrões: siga os padrões internacionais como ASTM F3184 (para implantes médicos) e ISO/ASTM 52900 (para impressão em metal geral) para garantir que seus produtos atendam aos padrões.