A topológia-optimalizálás és a fémnyomtatás közös sikere a GE repülőgép-konzol pályázatán

A Frustum Inc. és a 3D Systems fémnyomtatási (DMP) szakértelmének közös eredményeként a repülőgépmotor konzol 70%-kal lett könnyebb úgy, hogy a terhelési elvárásoknak változatlanul megfelel.

A konvencionális gyártástechnológiák számára korlátozottan lehetséges komplex geometriai alakzatok vagy organikus formájú komponensek költséghatékony legyártása. Ebből gyakran következik, hogy a tervezőnek kompromisszumot kell kötnie az alkatrész funkcionalitásának vagy terhelhetőségének a rovására. Napjainkban, mikor az additív gyártástechnológiák (közismertebb nevén 3D nyomtatás) és kifejezetten a 3D fémnyomtatás már használható alternatíva a hagyományos gyártástechnológiák helyett, a régi technológiai korlátok nagyrészt eltűntek. Topológia-optimalizáló szoftverek mára képesek lettek a legnagyobb hatékonyságot elérő 3D-s állományok készítésére, amelyeket a fémnyomtatók legújabb generációja egy lépésben le is gyárt. A technológiák efféle összefolyását jól mutatja a Frustum szoftvercég és a 3D Systems közös projektjének sikere. A GE Aircraft nyilvános felhívásában elvárt feladat: csökkenteni egy repülőgép-hajtómű burkolatát tartó konzol súlyát úgy, hogy a konzol erősségéből, tartósságából, teherbírásából ne veszítsen.

Teljesítmény-optimalizált formatervezés

A GE Aircraft pályázatának teljesítéséhez a Frustum topológia-optimalizáló szoftvere tette meg az első lépéseket a súly és az igénybevételek, valamint a szilárdsági követelmények felmérésével. A topológia optimalizálás határozza meg egy alkatrész geometriáját, figyelembe véve a kitett erőhatásoknak. Számításba veszi a rendelkezésre álló befoglaló méretet, a csatlakozó részeket, az alkatrészre eső terheléseket és más tényezőkből (pl. nehézségi erő, vibráció) származó igénybevételeket, és az alapanyagra megengedhető legnagyobb feszültséget.

A 3D nyomtatási szakértelem

Szemben a hagyományos CNC megmunkálással vagy fémöntési eljárásokkal, a topológia-optimalizálással generált modell összetettsége nem jelent gondot a direkt fémnyomtatásnál (DMP), mivel az a rendkívül bonyolult alakzatokat is könnyen, extra költségek nélkül kezeli. A GE repülőgép konzol esetében a Frustum szoftvere az eredeti formaterv digitális változatát, egy CAD fájlt vette alapul, és azt a generálás végén egy STL fájlba exportálta, amely a legelterjedtebb formátum az additív gyártásban, minden 3D nyomtató szoftvere képes kezelni. A 3D Systems szakértői a gyártási folyamat során többek között segítettek kiválasztani a megfelelő alapanyagot, az alkatrész optimális orientációját a nyomtató építési munkaterében és azonosították a potenciális deformációs kockázatokat.

A Frustum tervezésében és a 3D Systems additív fémnyomtatási technológiával elkészített alkatrész maradéktalanul megfelelt minden, a GE Aircraft pályázatában foglalt igénybevételi követelményeknek. Mindamellett, hogy az alkatrész befoglaló mérete nem nőtt összességében egy elképesztő 70%-os súlycsökkenést sikerült elérni az áttervezett és DMP technológiával legyártott alkatrész esetében. Egy ilyen projekt szolgálhat gondolatébresztőként az autóipari-, légi-, és űripari vállalatoknak, hiszen ezek azok az iparágak, amelyeknél a súlycsökkentés melletti a funkcionalitás megtartása vagy funkcióbővítés alapvető kívánalom. Az alkatrész kialakításán és alkalmasságán túlmenően a topológia optimalizálás a DMP gyártástechnológiával együtt használva nagyon gyakran adja meg az egyszerűsítés lehetőségét. Korábban több komponensből összeszerelt modulok lesznek kiválthatóak egy nagyobb teherbírású, egybefüggő alkatrésszel. Az összeszerelési idő csökkenésével együtt ez kiiktatja kötőelemek és csatlakozók egész sorát, kiküszöbölve az általuk felmerülő hibákat is. Végül pedig, de nem utolsó sorban, a DMP technológia hatalmas előnye a gyorsaság. Különféle alapanyagokból (titán, acél, nikkel vagy AL ötvözetek) készülő, minőségi komponensek válnak vele elérhetővé akár megrendeléstől számított néhány héten belül. Ehhez hasonló gyorsaság pedig hatalmas versenyelőny lehet, amely egyre gyakrabban válik követelménnyé számtalan iparágban.

kvint-r.hu

A GE eredeti formaterve

Pontfelhő optimalizálás

A végső, fémnyomtatott alkatrész