Біоніка - натхненна сотами та кістками
Будь то клітини, кістки чи дерева: 3D-друк дає змогу економічно виготовляти такі конструкції. Обов’язкова умова: цілісний підхід та повністю оцифрований процес. Платформа Dassault Systémes 3D пропонує лише одну.
Стійкий, легкий і високофункціональний: імітація природи при побудові технічних компонентів завжди була привабливою, але до недавнього часу була складною і дорогою. Класичні виробничі процеси дозволяли лише обмежені геометричні можливості. З іншого боку, при виробництві добавок тепер можна реалізувати дуже складні геометрії, які базуються на природі, наприклад, стільникові та спіралеподібні форми, самонесучі сітки та конструкції клітин, натхненні сотами або кістками.
Застосування таких конструкцій також підтверджується тим, що можуть бути реалізовані полегшені конструкції: біонічна методологія будівництва в поєднанні з 3D-друком зменшує вагу матеріалу та загальний витрата матеріалу окремих деталей згідно з дослідженням Bitkom "3D-друк - історія успіху для цифрового розташування" від 2017 року до 90 відсотків. Але лише повністю віртуальна розробка продукту, адаптована до виробництва адитивних матеріалів, дає змогу скористатися усіма цими перевагами і одночасно уникнути дорогих пробних відбитків або неправильних відбитків.
Єдина модель даних та спільна платформа
"Успішне виробництво аддитивних матеріалів вимагає цілісного підходу, при якому широкий спектр дисциплін та підрозділів тісно співпрацює", - пояснює Майкл Вернер, експерт з модельних рішень Dassault Systèmes: "Центральна бізнес-платформа допомагає об'єднати різні точки зору в середовищі розробки, за умови, що вона базується на єдиній моделі даних та спільній графічній поверхні, як пропонує платформа 3D-досвіду ".
До цього часу майже всі, хто бере участь у розробці продукції, працювали з окремими моделями: починаючи з геометричної моделі (CAD), закінчуючи моделлю для виготовлення та складання, до модельних моделей, що описують функції, на яких, наприклад, проводилося фізичне моделювання. Однак, за словами Вернера, це було непослідовно, неефективно і дорого. Завдяки єдиній моделі даних та спільній платформі всі ці моделі тепер можуть бути пов’язані між собою - на рівні компанії чи навіть між компаніями. На основі моделі геометрії можна додати необхідні, по-різному деталізовані функціональні моделі, і всі рішення щодо продукту можна приймати за допомогою віртуальної підтримки на основі моделі. Крім того, зміни геометрії автоматично враховуються у функціональних моделях без необхідності їх будувати знову з самого початку.
За допомогою центральної платформи та єдиної моделі даних компанії можуть заздалегідь здійснити цифрове відображення всіх відповідних проектних та виробничих рішень: Наприклад, моделювання підтримують дизайнерів у пошуку ідеального дизайну компонентів з урахуванням функціональних вимог. Ви можете розробити різні варіанти дизайну, а потім проаналізувати та порівняти їх. Наприклад, вага продукту може бути швидко зменшена, враховуючи всі інші вимоги.
Отримайте знання для подальшого вдосконалення компонента
Як і у випадку з іншими процесами, при виробництві добавок виготовлений компонент зазвичай незначно відхиляється від початкової конструкції. При 3D-друку це, серед іншого, пов’язано з внутрішніми тепловими напруженнями. Завдяки оцифрованому процесу побудований компонент можна детально порівняти з фактично виготовленим компонентом. За допомогою спеціальних додатків інженер-розробник може заздалегідь компенсувати передбачувані відхилення. "Завдяки безперебійному цифровому картографуванню процесу розробки ми можемо отримати уявлення про подальше вдосконалення компонента на кожному кроці", - пояснює Вернер. Перед тим, як це фактично надрукувати, компанії можуть випробувати найрізноманітніші варіанти їх технологічності - наприклад, складні органічні форми.
Збережена вага на 90 відсотків
У дослідженні дизайну Dassault Systèmes розробив компонент, який друкується із пластику. 3D-принтер вставляє тонку кевларову нитку в особливо напружені ділянки перед нанесенням наступного шару. Він є частиною шва в сіноворушилці, який замінює попередника з литого металу. Метою було значне зниження ваги.
Якщо поглянути на навантаження в аналізі кінцевих елементів (ЗЕД), помітно, що, можливо, половина обсягу старого компонента не займає ніякого навантаження і, отже, лише спричинює зайву вагу та витрати. Однак багато інженери неохоче залишають попередній матеріал. Програмне забезпечення допомагає переосмислити. На практиці, наприклад, це виглядає так: Спочатку дизайнери розробляють компонент у програмі САПР. Тепер за допомогою імітаційних рішень розраховуються та аналізуються геометричні варіанти компонента. Програма автоматично враховує технологічність з використанням зазначеного виробничого процесу. Цей процес моделювання, аналізу та вдосконалення конструкції повторюється автоматично, поки компонент не наблизиться якомога ближче до бажаного результату, тобто важить якомога менше, наприклад.
Тут вступає в дію біоніка: гілки дерева не просто стають товщі, щоб вони могли краще протистояти вітру та снігу, але додаткова деревина росте лише у критичних районах. З цієї причини гілки не виступають вертикально і з гострими краями від стовбура, а мають криву вгорі як перехід і додатковий матеріал для опори між коренем і стовбуром. Такі м’які переходи є загальноприйнятими в природі, оптимально відповідають навантаженням, але є більш складними для побудови.
Вперше, точно виробляючи внутрішні сітчасті структури за допомогою 3D-друку
За допомогою відповідного програмного забезпечення можна одночасно створити такі плавні переходи та оптимізувати внутрішню структуру. Крім того, всередині можуть бути вбудовані різні решітчасті структури за зразком природи, такі як кістка, яка є легкою і водночас жорсткою завдяки пористому наповненню. Вперше такі внутрішні сіткові структури можуть бути точно виготовлені за допомогою 3D-друку. На переходах сітка всередині компонента потовщена, місцями зазори невеликі, в інших дуже повітряні. Таким чином, невралгічні ділянки зміцнюються, одночасно використовуючи менше матеріалу. Згаданий вище компонент сіноворушилки був оптимізований за допомогою імітаційного рішення Simulia Tosca Structure. Він економить 90 відсотків ваги порівняно з попередником, але є таким же стабільним, як і старий виливк. (Так)