Parçaların boyutunu küçültmek, parça sayısını azaltmak ve parçaların ağırlığını azaltmak, havacılık, otomobil üretimi ve diğer alanların amansız arayışıdır. Örneğin, uçak ağırlığındaki her gram azalma, hizmet sırasında çok fazla yakıt tüketiminin azaltılmasına eşdeğerdir. Bir başka örnek olarak, uydunun bileşenlerinin boyutu küçültülerek daha fazla alan sağlanarak pil gücü artırılabilir ve böylece uydunun uzayda kalabileceği süre artırılabilir.
Hafifliğin genel olarak ağırlığını azaltmak için bir bileşenden veya parçadan malzemenin çıkarılması olarak anlaşıldığına dikkat edilmelidir. Olan budur ve bu nedenle genellikle "malzeme azaltma" ya da bazı malzemelerin diğer hafif malzemelerle değiştirilmesine vurgu yapılır.
Daha yüksek özgül mukavemete sahip bir malzeme seçilerek, parçanın toplam ağırlığı azaltılabilir. Örneğin, paslanmaz çelik, alüminyum alaşımı ve titanyum alaşımını karşılaştırırsak, titanyum alaşımının özgül gücü daha yüksektir ve aynı performans düzeyine ulaşmak için daha az malzeme kullanabilir.
Bu nedenle, malzemelere odaklanma, temel tasarım değişikliklerinin malzeme tüketimini en aza indirmeye ve nihayetinde yapım süresini kısaltmaya nasıl yardımcı olabileceğini yansıtan parça tasarımını etkiler.
Herhangi bir yapının hafifliği, parçaların mekanik özelliklerini doğrudan etkileyeceğinden üretilebilirlik, hafifliği etkileyen en önemli faktörlerden biridir. En hafif ve en performanslı teorik tasarıma sahip olabilirsiniz ama üretilemiyorsa bu tasarım bir işe yaramaz. işe yaramaz hale gelmek
Bir başka önemli faktör is maliyet parçanın maliyetidir. Eğer o hafif parça is kötü tasarlanmış kullanılarak topoloji optimizasyon, orada olacak olacak olacak ilave maliyetler in kaldırma aşırı destek yapılar ve ekleme yüzey işlemler. On diğer el 2c baskı nokta matris kafesler ve TPMS yapılar olabilir artabilir 3D baskı zaman, lider daha yüksek üretim maliyetler parçanın üstüne maliyetler onun parçası.
Üreticiler yirmi yıldır eklemeli üretimi kullanıyor, ancak 3D baskının hafif parçalarda ilerlemeler görmesi ve hafiflik için yeni yazılım stratejileri oluşturması ancak son yıllarda oldu.
Topoloji Optimizasyonu ve Üretken Tasarım
Hafiflik açısından sıklıkla araştırılan yazılım stratejilerinden biri topoloji optimizasyonudur: Sertlik veya güç hedefleri için bir parçanın malzeme atamasını optimize etmek için sonlu elemanlar yöntemine (FEM) dayalı Topoloji Optimizasyonu yeteneği, parçanın hafif tasarımını sağlar. Bu tasarım stratejisi, belirli bir yük seti, sınır koşulları ve kısıtlamalar için belirli bir tasarım alanı içindeki malzeme yerleşimini optimize eder.
Piyasada, Topoloji Optimizasyonu (Topoloji Optimizasyonu) ve Üretken Tasarım (Üretken Tasarım) çoğu durumda genellikle karıştırılır, ancak dikkatli bir çalışmanın ardından Üretken Tasarım (Üretken Tasarım), yineleme ve ayarlama yoluyla bazı başlangıç parametrelerine dayanır. (Optimize edilmiş) bir model bulun. Topology Optimization (Topology Optimization) verilen bir modeli analiz etmektir. Sınır koşullarına dayalı olarak sonlu eleman analizi yapmak ve ardından modeli optimize etmek için deforme etmek veya silmek yaygın bir uygulamadır.
Üretken Tasarım, bir insan-bilgisayar etkileşimi ve kendi kendini yenileme sürecidir. Giricinin tasarım amacına göre, "üretken" sistem aracılığıyla, potansiyel olarak uygulanabilir tasarım planının geometrik modeli oluşturulur ve ardından kapsamlı bir şekilde karşılaştırılır ve seçilen tasarım planı, nihai karar için tasarımcıya gönderilir.
Yaygın olarak anlaşılan üretken tasarım, tasarım yazılımındaki algoritmalar aracılığıyla sanat eserlerini, mimari modelleri ve ürün modellerini otomatik olarak üreten bir tasarım yöntemidir. Üretken tasarım parametrik bir modelleme yöntemidir. Tasarım sürecinde, tasarımcı ürün parametrelerini girdikten sonra, algoritma otomatik olarak ayarlayacak ve optimum tasarım elde edilene kadar karar verecektir.
Kafes veya TPMS dolgulu yapı
Eklemeli imalat tekniklerinin ortaya çıkması nedeniyle, periyodik hücresel yapılar, özellikle üçlü periyodik minimal yüzeyler (TPMS), kapsamlı araştırma ilgisini çekmiştir. Bir TPMS, esasen tüm noktaların ortalama eğriliğinin sıfır olduğu en küçük yüzeydir. TPMS yapısı matematiksel olarak modellenebilir ve üç yönde tekrar tekrar modellenebilir. Bu model, TPMS hücrelerinin karşılıklı olarak üç dikey yönde büyümesini sağlayarak 3B bir TPMS hücreleri dizisi oluşturur.
TPMS, üçlü periyodik minimum yüzeydir (TPMS). Yapısal uygulamalar için, TPMS tasarımı yüksek bir ağırlık-ağırlık oranı sergiler. Katmanlı imalat teknikleriyle birlikte kullanıldığında, tasarımcıların yüksek mukavemet ve ısı yayma özelliklerine sahip çok işlevli yapılar oluşturmasına olanak tanır.
Kafes kafesler veya TPMS ile dolgu yapıları, bu bağlamda keşfedilmesi gereken ilginç yaklaşımlardır; örneğin, eklemeli imalat yazılımı Cognitive Design, bu tür metamalzemeler ve bunların mekanik özelliklerinden oluşan geniş bir veri tabanı oluşturmuştur. Cognitive Additive'in bir parçası olan Infill Optimizer, bu tür yapıları gerilim yollarına göre akıllıca yerleştirerek mekanik performanstan ödün vermeden toplam ağırlığı azaltır.
Yapısal Entegrasyon
Yapısal entegrasyon, sağlam uzmanlık ve birden çok parçayı tek bir parçaya entegre etme yeteneği gerektiren bir stratejidir. Düzgün bir şekilde tasarlanırsa, parça gelişmiş işlevsellik sağlayabilir. Örneğin, birkaç yıl önce Airbus ve 3D Systems, ticari telekomünikasyon uydularında kullanım için test edilmiş ve onaylanmış ilk uçuşa elverişli metal 3D baskılı radyo frekansı (RF) filtresini geliştirdi.
Geleneksel olarak, RF filtreleri, şekli ve bağlantıları frezeleme ve EDM gibi standart işlemlerle belirlenen dikdörtgen boşluklar ve dikey kıvrımlı dalga kılavuzu enine kesitleri gibi standart bileşenler kullanılarak tasarlanır.
Tipik olarak, bir RF filtresi için boşluk, birbirine cıvatalanmış iki parça halinde işlenir; bu, yalnızca ağırlık eklemekle kalmaz, aynı zamanda bir montaj adımı ve ekstra bir kalite kontrol süreci de ekler. 3D Systems ekibi, bir 3D elektromanyetik simülasyon aracı olan CST MWS yazılımını kullanarak, RF akımını yönlendirmek için gömme eliptik bir boşluk geliştirdi; bu, üretim maliyetlerini azaltan ve ağırlığı yüzde 50 oranında azaltan bir tasarımdı.
Yapay zekaya dayalı yeni bir yazılım çözümü, tasarım mühendislerinin algoritmaları "programlamalarına" olanak tanıyor ve bu şekilde tasarımları, eklemeli imalat yoluyla kolayca üretilebilen karmaşık şekillerde ürünlere dönüşüyor ve gelişiyor.
Yazılım çözümleri gelişmeye devam ettikçe, bu eğilim muhtemelen süresiz olarak devam edecektir. Tıpkı Tongji x Tezan Tasarım ve Yapay Zeka Laboratuvarı'ndan Fan Ling'in "Yapay Zeka ve Tasarımın Geleceği - 2017 Tasarım ve Yapay Zeka Raporu" gözlem ve analizi gibi: Talep tarafında aşırı segmentasyon eğiliminin arz tarafında yapay zeka ile eşleştirilecek; Çevrimiçi/bağlantı/etkileşim eğilimi, çevrimiçi bilgilerden, çevrimiçi ilişkilerden ve çevrimiçi şeylerden kademeli olarak çevrimiçi çeşitli becerilere doğru gelişti ve sonunda kalp ve beyin için çevrimiçi olacak—yapay zeka/AI; yeri doldurulamaz eşliğinde süper-bölümlü becerilere sahip Bireyler ortaya çıkmaya devam edecek ve sıradanlık çağı sona erecek; gelecekteki organizasyon, insan/bilgisayar etkileşiminin yeni bir organizasyonu olacak ve görevleri otomatik olarak tamamlamaları için harici yeteneklere, dahili yeteneklere veya makinelere esnek bir şekilde atayacaklar. Mekanizma, optimum görev tamamlama yolunu elde etmek için tüm tasarım iş akışını entegre eder.