Die Neugestaltung der Halterung sagt viel über die erfolgreiche Anwendung der additiven Metallfertigung aus. Eins zum Mitnehmen: Die Support-Struktur ist die Mühe wert!
Nach dem 3D-Druck der Halterung wurden vier Teile auf der Bauplatte 3D-gedruckt. Das hier zu sehende Gittermuster trägt dazu bei, eine gleichmäßigere Verteilung des Pulvers in der ersten Schicht zu gewährleisten, wodurch eine starke Bindung an die Platte erreicht wird.
Dieser Teil ist die Halterung. Es verwendet eine Topologieoptimierung, um diese Form zu erreichen. Aus dieser Klammer können wir verstehen, dass die additive Fertigung eine Möglichkeit bietet, komplexe Teile herzustellen; additive und Topologieoptimierung werden kombiniert; Additiv bietet eine Möglichkeit, mit schwer zu bearbeitenden Materialien wie Titan umzugehen. Dieses 3D-gedruckte Gerüst veranschaulicht auch die subtileren Punkte, die für die erfolgreiche Anwendung von Metall-AM wichtig sind, einschließlich aller folgenden Punkte:
1. Brackets sind eine bedeutende Möglichkeit der additiven Fertigung
Wir können uns nicht länger mit Klammern langweilen. Klammern werden oft als nachträglicher Einfall betrachtet und sind oft so konzipiert, dass sie einfach der Linie des Mitglieds folgen, mit dem sie verbunden sind. Aber Gerüste halten die Strukturen um uns herum zusammen und bestimmen weitgehend ihre Stärke, Widerstandsfähigkeit und Integrität. In der Vergangenheit hatten Ingenieure keine Möglichkeit, die Geometrie von Stents für ihre genaue beabsichtigte Leistung zu optimieren, und selbst wenn sie könnten, hätten sie keine Möglichkeit, diese Formen herzustellen. Jetzt haben sie beides: generatives Design und Topologieoptimierung, ergänzt durch additive Fertigung. In einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen werden uns bessere Halterungen ermöglichen, das Zusammenfügen von Komponenten, Gehäusen und Behältern zu verbessern.
2. Die Topologieoptimierung erweitert Tabellen in seltsame Bereiche
Diese spezielle Klammer ist ein gutes Beispiel dafür, wie seltsam das optimierte Formular sein kann. Die Materials Science Corporation verwendete ihre eigene, intern entwickelte Topologie-Optimierungssoftware, um mathematisch nach der Form der Stütze zu suchen, die die Ziele der Armee in Bezug auf geringe Masse und hohe Steifigkeit am besten erfüllt. Es stellt sich heraus, dass eine Klammer (zurück zum obigen Punkt) wirklich nicht langweilig ist. Die ursprüngliche Version dieser Klammer hat genau das getan, indem sie davon ausgegangen ist, dass Klammern im Allgemeinen denselben räumlichen Grenzen folgen sollten wie die Formen, die sie verbinden. Im Gegensatz dazu zeigte die Topologieoptimierung, dass die leistungsstärkste Form dieses Gerüsts einen Teil seiner Masse in den Raum verteilt, der nicht vom vorherigen Gerüst berührt wurde. Da die additive Fertigung immer üblicher wird,
3. Stützstrukturen können ein wichtiger Bestandteil der additiven Fertigung sein
Stützstrukturen sind nicht nur in Bezug auf die Menge des verwendeten Materials (Material, das später zu Ausschuss wird) wichtig, sondern auch in Bezug auf die Konstruktionszeit, die für die Konstruktion dieser Stützen aufgewendet wird. Laut Dickman gehören zu den Designherausforderungen für optimierte Titanbrackets die Anpassung des Winkels der Brackets, um Überschneidungen mit anderen Teilen der Gebäudegeometrie zu vermeiden und sie für eine spätere Demontage verfügbar zu machen, sowie die Aufteilung der Brackets in separate Gruppen, die auch die Demontage erleichtern. Aber die Zeit, die für die Entwicklung effektiver Unterstützung aufgewendet wird, lohnt sich, teilweise wegen des nächsten Punktes.
4. Stützstruktur erwartete Sekundärverarbeitung
Metallzusatzteile sind oft maschinell bearbeitete Teile, und dies gilt insbesondere für Halterungen, die (von Natur aus) genau in die Baugruppe passen müssen. Richtig entworfene Stützstrukturen sagen Bearbeitungsschritte voraus, positionieren und sichern Teile, um die Arbeit zu beschleunigen. Dies ist bei der Stützstruktur für diese Arbeit der Fall, die während der Bearbeitung als Werkstückhalterung für das Teil dient. Tatsächlich bieten diese Stützen die effizienteste Werkstückspannung, die man sich vorstellen kann, und schützen ansonsten empfindliche Teile vor Rattern.
5. Bei Additiven beeinträchtigt die Komplexität nicht die Reproduzierbarkeit
Dieser letzte Punkt ist das Geheimnis der additiven Fertigung, das die Anwendung der additiven Fertigung in der Massenproduktion beschleunigen wird, da sich die Effizienz des additiven Fertigungsprozesses weiter verbessert. Bei traditionell hergestellten komplexen Teilen – möglicherweise durch viele mühsame Schritte oder Einstellungen – führt der Prozess, der zur erfolgreichen Herstellung eines Teils führt, nicht unbedingt zur Massenproduktion des gleichen Teils. Bei Zusatzstoffen ist dies nicht der Fall. Bei Additiven gibt es noch viele Überlegungen, die Faktoren wie Materialien, Maschinenparameter und Stützstrukturen betreffen. Aber sobald sich der additive Prozess bewährt hat, ist es einfach, so viele Teile im selben Prozess zu wiederholen, wie es die Baumöglichkeiten der Maschine zulassen. Bei einer Halterung ist es beispielsweise so einfach, vier Teile auf einer Bauplatte herzustellen wie eins.
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