Blog

Industrializace 3D tisku – cesta, jak překonat dnešní limity výroby?

Téměř všichni výrobci produktů se dnes potýkají při výrobě se stejnými omezeními, které brání zlepšování jejich produktů:

• Nemožnost výroby složitých geometrií
• Nemožnost snížit hmotnost výrobku
• Nemožnost dalšího urychlení procesu návrhu konstrukce
• Nemožnost zlepšení materiálových vlastností
  
  

Aditivní výroba se jeví jako možný nástroj k řešení těchto problémů. Již v současnosti lze pozorovat využití 3D tisku v leteckém průmyslu (snížení hmotnosti a zvýšení pevnosti součástí), ve strojírenském průmyslu (náhrada lití) nebo v biomedicíně (implantáty vytvořené přesně na míru pacienta). 3D tisk umožňuje výrobu zcela nových geometrií, jejichž výroba dříve byla zcela nemožná.



Jakou cestou ale nejlépe dojít ke geometrii, která bude optimální pro naše použití?

Snadnou cestou jak takovou konstrukci vytvořit je použití topologické optimalizace, u které roste význam právě s použitím 3D tisku, který umožní vyrobit dříve těžce (nebo vůbec) vyrobitelné součásti. Topologickou optimalizaci lze provést i na základě komplexních zatěžovacích podmínek (statické zatěžování, dynamické zatěžování, vzpěr,…). Typickým příkladem je například maximalizace tuhosti při udržení hmotnosti produktu v daných mezí a udržením první vlastní frekvence nad určitou hranicí.



Co je tedy topologická optimalizace a proč je výhodné ji použít pro aditivní výrobu?

• Numerická metoda, která se snaží optimalizovat rozložení materiálu v daném návrhovém prostoru pro dané zatížení a okrajové podmínky.
• Umožňuje vytvořit zcela nové návrhové koncepty, protože výsledkem jsou tvary, které dříve nemohly být pro návrh uvažovány.
• Dříve byla silně závislá na diskretizaci modelu (bylo potřeba pracovat s FE (finite element) elementy) a tím pádem nebylo možné pracovat s detailními geometriemi.
• Dnes metody topologické optimalizace umí pracovat s parasolid geometrií (jádro NX) – spojení přesné geometrie (NURBS a analytická geom.) s povrchovou sítí (mesh/planar facetted models). Jde o tzv. Konvergentní modelování^TM.
• Výhodou využití programů NX a Simcenter 3D je, že není třeba geometrii exportovat do STL formátu, ale lze jí pro většinu komerčních 3D tiskáren poslat přímo do tisku.

Další informace o topologické optimalizaci v NX si můžete přečíst v EN ve článku zde, nebo v prezentaci zde.