Det er mange faktorer du er nødt til å ta hensyn til når du designer produktet ditt. Det er ikke bare viktig å få riktig design klart raskt for å minimere forsinkelsene og overskridelse av kostnader assosiert med late-cycle performance og produksjonsproblemer. Designere må også i økende grad forholde seg til utfordringene ved å bedre forstå atferden til designet og den mest egnede produksjonstilnærmingen når de designer.
Heldigvis sørger CAD-integrerte topologioptimaliseringsverktøy, slik som de som er inkludert med SOLIDWORKS Simulation Professional og SOLIDWORKS Simulation Premium programvare for virtuell testing, for revolusjonerende teknologi som raskt og enkelt kan hjelpe deg generere den optimale formen for et spesifikt design.
Muligheten til å utføre hurtige topologistudier gir designere evnen til automatisk generering av den optimale formen til et design, raskt dra nytte av fordelene ved nye produksjonsteknikker og til å møte etterspørselen for mer automatisering av produktutviklingsprosessen, innovasjon og produksjonshastighet.
Jeg heter Anders Wentzel og jobber som Technical Specialist i PLM Group Danmark. Denne artikkelen er skrevet for deg som ønsker å:
- Jobbe mer effektivt.
- Vite hvordan du kan kontrollere flere design med et par klikk.
- Vite hvordan du kan redusere vekten til designet ditt, uten å kompromittere sikkerheten.
Minimer materialforbruket i produktene
Som jeg nevnte tidligere er det flere faktorer å ta stilling til når du designer, og en av disse er materialmengden. Høyt forbruk av materialer oversettes til høye kostnader. Dette kan være grunnet den generelle kostnaden til materialer fra leverandøren, energi-/drivstofforbruk til det ferdige produktet i forhold til totalvekten eller vanskelige produksjonsmetoder.
Det er her optimaliseringen av designet ditt kommer inn i bildet, og gjennom SOLIDWORKS Simulation har vi ulike verktøy vi kan bruke til akkurat dette: Designstudier og Topologistudier. Disse tar begge hensyn til tidligere simuleringsresultater. Du kan angi ulike begrensninger og mål, slik som vektreduksjon, maksimal deformasjon og sikkerhetsfaktor.
Forskjellen mellom de to er hovedsakelig at Designstudier endrer modellens eksisterende dimensjoner, og Topologistudiene kan fjerne materialer fra områder, uavhengig av de allerede definerte dimensjonene.
Reduser dimensjonene med Designstudier
Designstudier er en flott metode for å redusere eksisterende dimensjoner slik som tykkelse eller lengde i et design. Ta for eksempel denne hyllebraketten. Den er modellert på samme måte som alle andre 3D-deler, og har deretter gjennomgått en simuleringsstudie som fremhever delens styrker og svakheter.
Det er helt tydelig at belastningen på 1500 N (omtrent 150 kg) ikke engang plasserer oss i nærheten av stresset som vil føre til materialsvikt (yield: 27,5 MPa), og av den grunn er dette en flott mulighet til å optimalisere designet.
Det er mulig å bruke en prøv-og-feil-tilnærming, der man endrer én og én dimensjon og kjører studien mellom hver endring. Det er imidlertid også muligheter for å inkludere flere levedyktige dimensjoner og kjøre flere studier med kun noen få klikk.
I dette eksempelet har vi satt opp tre dimensjoner, der vi utfører SOLIDWORKS-endringen i trinn, og la til begrensningen i form av maksimalt stress på modellen. Dette stresset (25 MPa) er angitt nedenfor yielstyrken for å sikre at modellen ikke svikter under belastningen. Til slutt har vi inkludert målet om å minimere massen til modellen.
Totalt gir disse tre variablene med trinn 105 ulike modeller av braketten, som vi deretter går videre og utfører beregninger på. Når vi har utført disse beregningene, er det enkelt å bla seg gjennom de ulike kombinasjonene og finne den som passer best til dine designbehov. De som vises i rødt er de som overskred vår begrensning på 25 MPa.
SOLIDWORKS vil også presentere oss det optimale designet som oppfyller den begrensningen vi har satt opp, fordi vi satte opp et mål om å minimere massen. I dette eksempelet er det kombinasjon nr. 4. Ved å klikke på denne vises det endrede designet. Ved kun å definere noen variabler er det mulig å få SOLIDWORKS til å beregne flere ulike design.
Den totale vektreduksjonen er 357,99 – 210,38 = 147,61 g.
Reduser massen og få organiske former med Topologistudier
Målet er mer eller mindre det samme når det kommer til topologistudier: Design av et produkt for produksjon, samtidig som du reduserer massen. Denne tilnærmingen fører imidlertid ofte til en organisk form som må modelleres etterpå slik at sluttresultatet er godt nok. Da resultatene til topologistudier er organiske, er det ofte ganske logisk å vurdere å 3D-printe delene om det er mulig.
En topologistudie settes også opp ved å definere mål, slik som reduksjon av masse, stivhet og/eller forskyving. Det er også mulig å definere områder på modellen SOLIDWORKS ikke kan endre på, for eksempel monteringshull/-flater, viktige dimensjoner i designet eller andre viktige variabler.
Før du utfører beregningen kan du også definere en retning modellen skal fjernes fra støpeformen – hvis delen skal produseres på denne måten. Når beregningen er fullført, er det mulig å gjennomgå resultatene. Dette resultatet er, som nevnt tidligere, ikke klart for produksjon, og det kan være nødvendig å modellere delen fra bunn av etterpå.
Det er også mulig å manipulere formen ved å dra i glidebryterne til venstre, slik at du kan gjøre modellen grovere eller finere.
Når du er fornøyd kan du eksportere mesh-formen til en annen delfil og for eksempel starte 3D-printingen eller jobbe videre med den.
Her ser du en remodellert versjon av braketten etter endt topologistudie.
Etter modellering av braketten, kjører vi den gjennom simulasjonen vår fra tidligere for å bekrefte at designet vårt fortsatt oppfyller designkriteriene våre – noe den gjør:
Ved å bruke topologitilnærmingen, har designets masse blitt redusert med 357,99 – 206,79 = 151,2 g.
Oppnå det optimale designet uten å inngå kompromisser
Selv om begge disse metodene jobber mot å optimalisere designet ditt, gjør de det på ulike måter:
Designstudier tar så mange av de eksisterende dimensjonene til designet ditt som du ønsker, og endrer dem etter dine spesifikasjoner før det optimale designet blir presentert.
Topologistudier tar designet ditt og prøver å fjerne så mye materiale som mulig, uten at modellens integritet kompromitteres.
Begge er brukbare verktøy under optimaliseringsprosessen og gjør det mulig for designere å møte forventninger for mer komplette og klare design. Ved å bruke SOLIDWORKS topologistudier kan du lage lettere deler av høyere kvalitet enda raskere, fordi du allerede fra begynnelsen jobber med det optimale konseptet for din designsituasjon. Dette vil sørge for at designet ditt er enda sikrere, fordi du har muligheten til å validere delens ytelse og forbedre designet for produksjonen.
