بهینه‌سازی طراحی: کنترل شکل مدل سه‌بعدی طراحی شده‌ی شما

بهینه‌سازی طراحی: کنترل شکل مدل سه‌بعدی طراحی شده‌ی شما
    زمانی که برای چاپ سه‌بعدی طراحی می‌کنید، عوامل زیادی باید مورد توجه قرار بگیرند تا یک شی سه‌بعدی چاپ شده‌ی مناسب به دست آورید. شکل، استرس، بارها، توده‌ها عوامل اصلی هستند که قبل ا ز چاپ باید مورد توجه قرار گیرند. بهینه‌سازی طراحی یکی از روش‌های محاسباتی است که شما را برای طراحی یک مدل بهینه قبل از این‌که چاپ شوند، یاری می‌دهند.
بهینه‌سازی طراحی چیست؟
    این یک روش است که هندسه‌ی یک شی را با روش‌های ریاضی با در نظر گرفتن فضاها، بارها و محدودیت‌های طراحی بهینه‌سازی می‌کند. هدف حداکثر نمودن عملکرد یک قطعه با کاهش توده‌های آن است.  شکل 1 فرآیند بهینه‌سازی یک مدل ساده را نشان می‌دهد.
 
شکل 1- فرآیند بهینه‌سازی طراحی یک مدل
    طراحان و مهندسان از این روش جهت بهبود قطعات استفاده می‌کنند، اما باید توجه داشت که قطعات طراحی شده با این روش، به شیوه‌های سنتی قابل تولید نیستند.
    بهینه‌سازی طراحی، بخشی از مجموعه‌ی تکنولوژی طراحی چابک است. ابزارهایی نیز با نام‌های Smart Design Optimizer و Automatic Lattice Generator وجود دارد که به شما امکان بهینه‌سازی به صورت اتوماتیک را می‌دهد.
بهینه‌سازی طراحی با استفاده از ساخت افزوده
    یکی از زمینه‌های مهم بهینه‌سازی طراحی استفاده در ساخت افزودنی است. در هنگام چاپ سه‌بعدی، این شناخته شده است که نیاز است مواد کم‌تری برای تولید قطعات استفاده شود. بعلاوه، یک قطعه که با استفاده از مواد خام کم‌تر تولید می‌شود، به معنی این است که قطعه سبک‌تر و ارزان‌تر تولید می‌شود.
    بهینه‌سازی طراحی ظرفیت بهبود مدل‌های سه‌بعدی با شکل دلخواه با مواد اولیه‌ی کم‌تر را ایجاد می‌کند. تولید افزودنی با محدودیت‌های مشابه تولید سنتی مواجه نیست و می‌تواند با بهینه‌سازی شکل با توجه به توانایی چاپ سه‌بعدی قطعات پیچیده عمل کند.
بهبود شکل مدل طراحی شده
    راه‌های زیادی جهت بهبود هندسه‌ی مدل‌های سه‌بعدی وجود دارد. ساده‌ترین راه آپلود نمودن فایل سه‌بعدی خود در یکی از سایت‌های مربوطه است و استفاده از ابزار آنلاین موجود در آن است که کمک می‌کند مدل طراحی بهینه‌سازی شود.
تحلیل سختی هر قطعه در ازای استفاده از ابزار تهی‌سازی میانی به شما اجازه می‌دهد مقدار مواد مصرفی استفاده شده را توسط ابزار اتوماتیک تهی‌سازی کاهش دهید.
    برای بهبود شکل یک مدل، شما می‌توانید هم‌چنین از ابزار زیر استفاده نمائید:
    Fusion 360
    Inspire
    Cura
    شما هم‌چنین می‌توانید از یک کد اسکریپت پایتون برای بهینه‌سازی طراحی خود استفاده کنید.
بهینه‌سازی شکل برای چاپ سه‌بعدی با استفاده از نرم‌افزار Fusion360
    نرم افزار Autodesk Fusion 360 یک ابزار بسیار فوق‌العاده جهت بهینه‌سازی شکل دارد. شکل 2 یک قطعه‌ی طراحی شده آماده بهینه‌سازی را نشان می‌دهد.
 
شکل 2- قطعه طراحی شده آماده بهینه‌سازی
    برای این مثال، ما یک بازوی خم خیلی ساده را با تعدادی جای پیچ مدل کرده‌ایم. مدل ما می‌تواند در شکل واقعی خودش مدل شود اما به یاد داشته باشید که مواد کم‌تری باید استفاده شود.
    در منوی Workshop، گزینه‌ی Simulation را انتخاب کنبد. یک پنجره‌ی جدید با همه‌ی ابزاری که شما می‌توانید بهینه‌سازی کنید ظاهر می‌شود. شکل 3 این را نشان می‌دهد.
 
شکل 3-اولین مرحله از بهینه‌سازی در ابزار Fusion 360
    روی ابزار Shape Optimization کلیک کنید.
    نرم‌افزار برخی پارامترها را قبل از شروع فرآیند بهینه‌سازی مورد سوال قرار می‌دهد.
 
شکل 4- پارامترهای مورد نیاز قبل از بهینه‌سازی
    برخی از این پارامترها به شرح زیر هستند:
1-    محدودیت‌های ساختاری: در این بخش شما باید ساختارهایی که نمی‌توانید تغییر دهید را مشخص نمائید. برای مدل ما، سه بخش جای نصب پیچ‌ها قابل تغییر نیستند.
2-    بارها: تعیین نمائید کجا و چه میزان بار باید روی بخش‌های مختلف مدل باشد. به عبارت دیگر مدل طراحی شده‌ی شما چه میزان بار را و در چه محل‌هایی باید تحمل کند. برای مدل ما، ما نیاز داریم 500 نیوتن بار معادل 50 کیلوگرم بار را به کناره‌های مدل وارد نماییم و مدل باید بتواند این بار را تحمل کند.
3-    پارامترهای شکلی: در این بخش از نظر ظاهری باید بخش‌هایی از مدل را که می‌خواهید حفظ شوند تعیین نمائید. مثلاً ما در مثال فوق این پارامتر را روی 50 درصد تنظیم می‌کنیم تا 50 درصد از شکل ظاهری مدل حفظ شود.
نمایی از وارد کردن پارامترها در شکل 5 آمده است.
 
شکل 5-نمایی از منوی وارد کردن پارامترها
    بعد از وارد کردن پارامترها، روی گزینه‌ی Solve کلیک نمایید تا مدل شما بهینه‌سازی شود. در مثال ما، مدل بهینه‌سازی شده به شکل زیر تغییر یافت.
 
شکل 6-نمایی از شکل بهینه‌سازی شده
    همان‌طور که در شکل 6 مشاهده می‌شود، بخش‌های آبی رنگ با توجه به پارامترهایی که ما ارسال نمودیم، هیچ نقشی در کیفیت مدل ندارند و فقط مصرف مواد را افزایش می‌دهند که بدیهی است بهتر است حذف شوند.
    نتایج این مطالعه نشان می‌دهد استرس‌ها در کجا و چگونه توزیع شده‌اند. اکنون مدل می‌تواند جهت حذف بخش‌های غیر ضروری و هم‌چنین اضافه کردن ساپورت در مکان‌هایی که لازم است، بازپروری شود. شکل 7 و 8 روش بهینه‌سازی را نشان می‌دهند.
 
شکل 7- قسمتهای آبی تیره نشان می‌دهند که هیچ استرسی روی آن بخش‌ها نیست. پس می‌توان آن را حذف نمود.
 
شکل 8-اما در مرکز قطعه، یک لایه‌ی کوچک وجود دارد که استرس تحمل می‌کند و باید آن بخش را حفظ نمود و یا این‌که جهت کاهش استرس ساپورت گذاری نمود.
 
    برای مثال ما خروجی این روش می‌تواند دو مدل نتیجه متفاوت داشته باشد:
1-    یک روش این است که تصمیم بگیریم استرس کوچک میان مدل را صرف نظر کنیم و آن بخش را نیز حذف کنیم. در این صورت، مدل ضعیف‌تر می‌شود ولی بهینه‌سازی آن از نظر مصرف مواد بهتر است.
2-    روش دیگر این‌که یک ساپورت به ساختار میانی اضافه کنیم. این ساپورت امکان تحمل فشار بیش‌تری را می‌دهد.
در شکل‌های 9 و 10 نتیجه بر اساس این دو روش آورده شده‌اند:
 
شکل 9- نتیجه نهایی بر اساس روش اول که نقطه‌ی با فشار کم نیز حذف شده است.
 
 
شکل 10- جهت استحکام بیش‌تر یک ساپورت در بخش استرس دار اضافه شده است.
 
    اکنون قطعه‌ی ما بهینه‌سازی شده و آماده برای چاپ با بهترین نتیجه است.



نظرات

نظر شما