بهبود کارایی قطعات صنعتی به کمک ترکیب روش های نمونه سازی و تولید سریع و بهینه سازی توپولوژی

یکی از مهم ترین موضوعات مطرح در طراحی و تولید، مسئله بهینه سازی می باشد. بهینه سازی توپولوژی یکی از پرکاربرد ترین روش های بهینه سازی است، که از مهم ترین اهداف آن رسیدن به ساختاری با خواص مدنظر نظیر استحکام، ولی حداقل وزن ممکن می باشد. این نوع بهینه سازی با کم کردن چگالی المان های موجود در مدل، سعی در رسیدن به ساختار بهینه دارد. از این رو خروجی این روش، یک مدل با المان های دارای چگالی بین صفر و یک است. با توجه به این که با روش های تولیدی کنونی امکان تولید قطعات با چگالی میانی وجود ندارد، پس نمی توان به طورکامل به خروجی بهینه سازی دست یافت. از طرفی روش های ساخت افزودنی توانایی قابل ملاحظه ای در ساخت قطعات با ساختارهای پیچیده را دارند. ولی در عین حال این روش ها نیز مانند هر روش تولیدی دیگر دارای محدودیت هایی می باشند.در این تحقیق سعی شده با بهره گیری از توانایی های این روش ها و شناخت محدودیت های آن ها، به مدلی دست یافت که با توجه به امکانات ساخت موجود، نزدیک ترین جواب به خروجی بهینه سازی توپولوژی باشد. بدین منظور ابتدا به شناخت اجمالی روش های ساخت افزودنی و همچنین روش های بهینه سازی توپولوژی پرداخته شده است. سپس به کمک نرم افزار تأثیر شکل حفره بر انرژی کرنشی بررسی گردیده است. پس از بهینه سازی یک قطعه، برنامه ای با زبان برنامه نویسی پایتون نوشته شد، که در آن از چگالی المان های استخراج شده از بهینه سازی استفاده کرده و حفره هایی را متناسب با چگالی المان ها و قابلیت ساخت روش تولیدی در محل های مناسب قرار می دهد. به منظور اجرای متدولوژی پیشنهادی روش ساخت افزودنی fdm (fused deposition modeling)مورد مطالعه قرار گرفته و قابلیت ها و محدودیت های دستگاه fdm موجود (دستگاه rapman-3.2)، شناسایی شده و با توجه به این محدودیت ها مدل بهینه سازی شده به یک مدل دارای حفره تبدیل گردید. تست های آزمایشگاهی بر روی قطعات تولیدی انجام شد، و پس از شبیه سازی آزمایش در نرم افزار، نتایج مورد تحلیل قرار گرفت. در نهایت یک چرخ دنده با توجه به سیکل درگیری با چرخ دنده مقابل خود، توسط نرم افزار بهینه سازی شده، و به کمک برنامه نوشته شده و اعمال محدودیت های تولید چرخ دنده ای دارای حفره و با وزنی کم تر ایجاد گردید و مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد که علی رغم کاهش وزن در چرخ دنده ، قطعه هنوز قابلیت استفاده در محیط کاری اولیه خود را دارد. در نهایت یک دندانه از چرخ دنده برای بررسی امکان ساخت مدل به کمک روش fdm تولید شد.