Topologiaoptimointiohjelmiston testaus 3D-tulostettavalle kappaleelle
Stolt, Sebastian (2023)
Stolt, Sebastian
2023
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202304044736
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202304044736
Tiivistelmä
Sekä 3D-tulostus että generatiivinen topologiaoptimointi ovat mielenkiintoisia teknologioita ja sopivat erittäin hyvin yhteen. Tässä opinnäytetyössä kokeillaan Creon generatiivista topologiaoptimointityökalua ja sen soveltuvuutta 3D-tulostettavan kappaleen suunnitteluprosessiin. Topologiaoptimoinnilla voidaan ainakin teoriassa tehdä monimutkaisia muotoja, joita vain 3D-tulostus valmistusmenetelmänä mahdollistaa. Työssä käydään läpi 3D-tulostuksen teoriaa, jotta voidaan paremmin ymmärtää 3D-tulostuksen mahdollisuudet, sekä mahdolliset rajoitteet. Työssä kokeillaan Creon topologiaoptimointityökalun eri ominaisuuksia ja luodaan yksinkertainen esimerkkikappale, jolla testataan työkalun helppokäyttöisyyttä, sekä minkälaisia muutoksia topologiaoptimointityökalu kappaleelle tekee.
Optimoitavaksi testikappaleeksi valittiin ajoneuvon pyöräntuennan alatukivarsi, johon rasitukset kohdistuvat yhden tason suuntaisesti. Tämä kaksiulotteisuus mahdollisti eri optimoitujen kappaleiden vertailua keskenään kuvista katsottuna. Testikappaleen koko on pelkkä karkea arvioi todellisesta tapauksesta, eikä työssä käsitellä lainkaan ajoneuvotekniikkaa. Kappaleen aloitusgeometria mallinnettiin tarkoituksella tilavaksi, jättäen reilusti poistettavaa materiaalia topologiaoptimointityökalulle. Kappaletta optimoitiin sekä jäykkyydelle, että painon minimointiin, ja tarkasteltiin optimoinnin lopputuloksia.
Topologiaoptimointityökalun kokeilusta saatiin ymmärrys siitä, mitä kyseisellä optimointityökalulla pystyy tekemään, sekä ohjelmiston helppokäyttöisyydestä. Käyttäjällä tulee vähintään olla ymmärrystä statiikan perusteista, jotta voi päätellä optimointitulosten käytännön soveltuvuutta. Työkalu ei suoraan osaa tehdä tulostusvalmista kappaletta, vaan tähän tarvitaan vielä suunnittelijaa muokkaamaan mallia. Kaikki jatkotoimenpiteet, joita tarvitaan optimoidun kappaleen viimeistelyyn tulostusta varten, kuten tarkastus FEM-ohjelmistolla, rajattiin työn ulkopuolelle.
Optimoitavaksi testikappaleeksi valittiin ajoneuvon pyöräntuennan alatukivarsi, johon rasitukset kohdistuvat yhden tason suuntaisesti. Tämä kaksiulotteisuus mahdollisti eri optimoitujen kappaleiden vertailua keskenään kuvista katsottuna. Testikappaleen koko on pelkkä karkea arvioi todellisesta tapauksesta, eikä työssä käsitellä lainkaan ajoneuvotekniikkaa. Kappaleen aloitusgeometria mallinnettiin tarkoituksella tilavaksi, jättäen reilusti poistettavaa materiaalia topologiaoptimointityökalulle. Kappaletta optimoitiin sekä jäykkyydelle, että painon minimointiin, ja tarkasteltiin optimoinnin lopputuloksia.
Topologiaoptimointityökalun kokeilusta saatiin ymmärrys siitä, mitä kyseisellä optimointityökalulla pystyy tekemään, sekä ohjelmiston helppokäyttöisyydestä. Käyttäjällä tulee vähintään olla ymmärrystä statiikan perusteista, jotta voi päätellä optimointitulosten käytännön soveltuvuutta. Työkalu ei suoraan osaa tehdä tulostusvalmista kappaletta, vaan tähän tarvitaan vielä suunnittelijaa muokkaamaan mallia. Kaikki jatkotoimenpiteet, joita tarvitaan optimoidun kappaleen viimeistelyyn tulostusta varten, kuten tarkastus FEM-ohjelmistolla, rajattiin työn ulkopuolelle.