Обзор софта для топологической оптимизации и бионического дизайна. Топологическая оптимизация в nx

Оптимизация топологии (в NX) - Все вопросы о CAE

Хотелось бы понять главное.

Можно ли сделать оптимизацию топологии так, чтобы оптимизировать по пределу текучести, т.е. чтобы убрать максимум металла и не превысить предел

Я отвечу - и да и нет ... В один ход то чего вы хотите мне кажется - не получиться в Nаstran/Patran штатными средствами - без кодирования и ковыряния в картах

Оптимизация топологии - не выгрызает металл - она ищет оптимальную "ФОРМУ" - . Выгрызание - это лишь видимая часть метода ее поиска

Эта форма - может быть простой или сложной. Сложная (Комплексная) она становится при задании максимального облегчения конструкции, и она не зависит от предела текучести материала (при линейной постановке) или величины нагрузки -но от граничных условий и отношений величин нагрузок - в случае сложного нагружения

Посмотрите идеологию работы - возможно станет понятно, что я имею ввиду - и чего стоит ожидать от топологической оптимизации

Обратите внимание - уже после этапа получения топологии c 40 секунды - на нее накидывают "мясо". Вот на этом этапе - теоретически напряжение в элементах конструкции - стремится к единой величине - поэтому зная эту величину - достаточно - увеличить площадь сечения кратно для всех сечений конструкции - для того что бы получить искомое напряжение

Эта прога бесплатна - и ее можно взять в сети ... <noindex>http://sawapan.eu/sections/section79_topos...t/download.html</noindex> - она довольно интерактивная и хороша для общего понимания, практическая полезность невелика

Хороший инструментарий топологической оптимизации - в Патран ... Хотя - им только и пользовался

Но возможно уже и есть инструментарий о котором вы говорит - эдакая кнопка "шедевр" - но мне это неизвестно .. Популярностью в самолетостроении для оптимизации пользуется также Altair OptiStruct

Особой склонности к распараллеливанию - не заметил - это не сильная сторона Настрана, он - в состоянии задействовать ядра - на определенных типах расчета. Эффективность не высока - по сравнению например с Абакусом.

В последних версиях Абакуса - была добавлена возможность топологической оптимизации, но ч. говоря - я ее даже не смотрел там ...

cccp3d.ru

Femap 12: Обзор возможностей новой версии

Femap 12 является новейшей версией автономного пре- и постпроцессора конечно-элементных моделей, применяемых при инженерном моделировании и анализе. Femap независим от CAD-систем, может импортировать геометрию из всех основных CAD-платформ и поддерживает большинство CAD-форматов. Совместим с широким спектром решателей, выполняющих анализ методом конечных элементов, включая ведущее в отрасли программное обеспечение NX Nastran.

Версия Femap 12 предлагает множество обновлений в интерактивной визуализации и пользовательском интерфейсе – они сделают более простой работу с программой. Усовершенствованы функции пре- и постпроцессорной обработки геометрии с расширенной поддержкой решателей. Новые возможности решателей включают поддержку многошагового нелинейного анализа NX Nastran и топологическую оптимизацию с расширенным функционалом оптимизации конструкций.

Визуализация и пользовательский интерфейс

Обновления пользовательского интерфейса

Первое, на что вы обратите внимание при запуске 12-й версии, это обновленный вид пользовательского интерфейса. Модернизированный облик Femap проявляется в новых цветовых гаммах, которые обеспечивают лучшую визуализацию на больших дисплеях и мониторах с высоким разрешением. Панели и диалоговые окна также обновлены и стандартизованы в соответствии с моделью управления и поведения новейшей версии Windows – это удобно для пользователя и обеспечивает прозрачность работы программного продукта.

Пользовательский интерфейс Femap 12

Новая версия Femap позволяет интерактивно перемещать и менять местами объекты графического экрана (включая заголовки, оси и шкалу заливки), используя одну только мышь. Вы можете выбрать и изменить желаемую ориентацию для просмотра модели непосредственно с помощью видового куба, выбрав грани, края или углы. В шкале заливки можно напрямую устанавливать максимальные и минимальные значения, изменять количество отображаемых уровней и при необходимости устанавливать как плавные, так и дискретные уровни заливки.

Улучшения визуализации

Среди улучшений визуализации – новые функции и силуэтные линии, которые очерчивают края конечно-элементной модели и упрощают ее просмотр. Характерные линии отображают ребра модели, а линии силуэта выделяют изогнутые области, где модель исчезает из вида. Визуализация характерных и силуэтных линий базируется на сетке, а их отображение управляется углом преломления, который изменяет пользователь.

Улучшенная производительность графики

В версии 12 появилась новая опция оптимизации графики – «максимально возможная». Она автоматически устанавливается по результатам анализа доступного графического оборудования и обеспечивает наилучшую графическую производительность.

Усовершенствования в геометрии

Слияние геометрии

Новый алгоритм слияния, реализованный в версии 12, улучшает способ, с помощью которого соединяются составные поверхности, а также повышает производительность этого процесса. Алгоритм одновременно обрабатывает множество поверхностей и управляется допуском. Он значительно упрощает выполняемое одной командой объединение поверхностей и составных поверхностей с перекрывающимися краями и зазорами. Пользователь получает полностью связанную геометрию, которая готова к сеточному разбиению.

Булевы операции распространяются на обработку составных кривых и геометрии поверхностей, в которых сопряженная геометрия перестраивается и автоматически обновляется в соответствии с выбранной операцией. Составные и граничные кривые и поверхности сохраняются во время операций с твердыми телами, при этом создается новая комбинированная геометрия, так как это требуется для сохранения геометрии.

Выравнивание (alignment) поверхностей

В версии Femap 12 появилась новая команда выравнивания поверхности, устраняющая несоосность в геометрии, которые могут возникать, например, при объединении регулярных поверхностей с данными, импортированными из различных CAD-систем. Выравнивание геометрии перед сеточным разбиением минимизирует появление нежелательных коротких кромок и облегчает создание качественной сетки конечных элементов. С помощью этой команды возможно и автоматическое выравнивание всех или нескольких выбранных поверхностей.

Поверхность между кривыми

Усовершенствования геометрии включают расширенную опцию стыковки поверхностей методом «кривая к кривой», в которой к предыдущему методу соединения Ruled добавлены комбинации методов «касательная к поверхности» (Tangent) и «выравнивание по векторам» (Vector).

Увеличение производительности

Улучшена функция удаления особенностей геометрии (Feature Removal): после увеличения производительностиона работает более чем в 30 раз быстрее.

Улучшения препроцессора

Набор инструментов для создания сетки

Инструменты создания Washer и Pad вокруг отверстий на поверхностях при разбиении двумерными элементами теперь работают и с объемной геометрией при разбиении шестигранными элементами и тетраэдрами. Кроме того, Washer может создаваться на сетках вокруг некруглых отверстий, включая вырезы с острыми углами, что позволяет создавать наилучшую сетку вокруг любого выреза.

Обновленная команда копирования и перемещения

В 12-й версии оптимизированы способы копирования или перемещения геометрии с ассоциативными данными конечно-элементной модели – эти операции стали намного проще и выполняются теперь с помощью одной команды. Вы можете копировать, поворачивать или отражать геометрию с ассоциативной сеткой и с параметрами, которые включают нагрузки, закрепления, соединения и регионы. Кроме того, можно копировать объекты с использованием шаблона, создавать множественные повторения, использовать возможность автоматического повтора. Появились дополнительные элементы управления нумерацией объектов и смещением идентификаторов.

Поиск оси балки

Теперь вы можете автоматически построить нейтральную ось балки по твердотельной геометрии, упрощая моделирование моделей с использованием одномерных балочных элементов. При выполнении этой команды материал элементов балки будет основываться на атрибутах твердотельной модели, либо создаваться заново. Опции выбора геометрии включают кривые, твердые тела и трубки, а соответствующие поперечные сечения рассчитываются автоматически.

Усовершенствования в отображении данных

‍‍В версии 12 доступен критериальный способ (Criteria) переноса результатов при создании нагрузок командой Model → Load → Map Output From Model. Опция критериев также доступна при определении данных на поверхности с помощью панели Data Surface Editor.

Вывод дискретных значений

Вы можете создавать контурные эпюры дискретных значений на основе значений в элементах или на основе диапазона значений, включая ID объектов, материалов и свойств.

Редактор узловых точек

Редактор узловых точек (mesh point) теперь позволяет указать в геометрии фиксированные точки, где будут находится узлы любой сетки, сгенерированной впоследствии с использованием этой геометрии. Когда вы создадите фиксированные точки, редактор точек разбиения сведет их в таблицу; они будут отображаться на модели и идентифицироваться с помощью нового символа.

Связные (cohesive) элементы

В развитие новых многошаговых нелинейных возможностей решателей 401 и 402 NX Nastran, версия Femap 12 добавила поддержку сцепленных объектов, включая элементы, свойства и материалы. Новая функция связного (cohesive) сеточного разбиения вставляет слой элементов в заданное пользователем местоположение возможного разрыва.

Усовершенствования постобработки

Динамические критерии

Пределы критериев вы можете регулировать в интерактивном режиме с помощью ползунка, чтобы создавать эпюры динамических результатов и, возможно, отображать метки результатов и/или использовать абсолютное значение выбранного выходного вектора при визуализации результатов.

Генератор отчетов

Доступно диалоговое окно генератора отчетов, которое позволяет напрямую взаимодействовать из Femap с Microsoft Word для создания отчета по результатам анализа текущего файла модели. Посредством вкладок в диалоговом окне генератора вы можете управлять содержанием отчета, включая:

общую информацию, такую как имя аналитика, название компании или организации, описание модели;
включаемые объекты, такие как нагрузки, закрепления, результаты, группы, соединения, макеты и т.д.;
включаемые изображения– с управлением этими изображениями и форматированием.

Поддержка решателей

Усовершенствования в поддержке решателей включают поддержку многошаговых нелинейных решений, новую возможность оптимизации топологии, расширения для оптимизации конструкции, а также многочисленные улучшения интерфейса решателя ANSYS.

Многошаговые нелинейные решения

Femap 12 поддерживает последовательности решений NX Nastran SOL401 и SOL 402, что позволяет выполнять многошаговый нелинейный анализ с использованием более гибкого управления на основе подслучаев (subcase) нагружения.

SOL 401 – это многошаговый нелинейный решатель, где подслучаи могут быть зависимыми или независимыми от предыдущего подслучая и где вы можете менять тип анализа в каждом подслучае. Для подслучая нагружения при таком подходе можно назначить в менеджере анализа линейные, нелинейные, модальные анализы, а также анализ с преднатяжением болтов для создания комбинированного решения.

SOL 402 – это многошаговый нелинейный решатель с кинематикой, который использует аналогичные рабочие процессы и сочетает в себе преимущества последовательностей решений 401 и 601. Оба решения поддерживают широкий спектр элементов и типов материалов.

Оптимизация конструкций

Последовательность решения оптимизации конструкций SOL 200 обновлена, чтобы упростить использование NX Nastran и расширить возможности оптимизации. Теперь с помощью менеджера анализа вы можете настроить несколько проектных исследований в рамках одной модели. Расширены типы поддерживаемых решений, включая частотный анализ, анализ переходных процессов и стационарную аэроупругость, а также различные последовательности решений для каждого подслучая. Кроме того, значительно улучшен интерфейс задания проектных переменных, связей проектных переменных, откликов конструкции, ограничений.

Топологическая оптимизация

Последовательность решений SOL 200 также включает оптимизацию топологии. Обратите внимание, что возможности оптимизации топологии в NX Nastran доступны для предварительного просмотра только в версии Femap 12.

Совместимые последовательности решений включают статику, формы колебаний, устойчивость по Эйлеру, частотный анализ и анализ переходных процессов. Поддерживаются различные типы 2D- и 3D-элементов, производственные ограничения.Вы также можете экспортировать окончательную геометрию, полученную на основе вывода нормализованной плотности, в формате STL.

Преимущества

Интерактивное управление и визуализация модели.
Оптимизированные рабочие процессы и расширенные инструменты моделирования.
Расширенный диапазон приложений для моделирования.

Особенности

Обновления пользовательского интерфейса и инструментов визуализации.
Расширенные возможности инструментов пре- и постобработки.
Поддержка новых последовательностей решений.

‍

Подробнее о FEMAP: http://cad-is.ru/femap

По вопросам приобретения, бесплатного тестирования и любым другим вопросам, пожалуйста, обращайтесь: 📨 [email protected] 📞 7 495 740 05 10

www.cad-is.ru

Аддитивные технологии в NX CAM

Топологическая оптимизация

Один из самых важных инструментов, который позволяет внедрять аддитивное производство. Если просто напечатать на 3D-принтере деталь, которая уже производится традиционными методами, то мы получим ту же деталь, только в несколько раз дороже. Однако если требуется изготовить деталь, которая по своим функциональным возможностям будет соответствовать изготовленной традиционными методами, но при этом в 5 раз легче, то это тот случай, когда не обойтись без топологической оптимизации

Обзор функциональных возможностей

— Использует рабочий процесс, отличный от традиционных решений оптимизации топологии.

— Работает в рабочей детали NX CAD в контексте сборки.

— Одно или несколько пространств проектирования. У каждого есть свои: метод построения, материал, конструктивные ограничения, конечно-элементные нагрузки и ограничения, значение ограничения оптимизации, например, целевая масса.

— Конструкция модели использует функциональные требования к изделию, например: сохранить/вычесть заданный объем; цилиндрические отверстия с припуском материала вокруг отверстия; отверстия с цековкой для освобождения для головки винта, гайки, торцевого ключа и т. д.; 5 мм зазор от заданного тела.

— Управление уровнем разрешения.

— Сглаженные, органические формы с острыми кромками, где это необходимо.

Оптимизация топологии — это не конечная операция проектирования детали, для многих деталей это только начало. Существует множество возможностей для использования результатов оптимизации топологии.

— Прямая печать детали на 3D-принтере.

— Прямая отливка, литье или многоосевая обработка.

— Прямое использование в проектировании или моделировании с использованием конвергентных моделей.

— Конвергентная модель представляет собой новый формат данных Parasolid, представленный в NX 11. Единый формат данных для обоих типов: NURBS и Facet. Существующие функциональные возможности моделирования будут работать как на одном теле.

pronowosti.ru

Оптимизация топологии (в NX) - Все вопросы о CAE

Хотелось бы понять главное.

Хороший инструментарий топологической оптимизации - в Патран ... Хотя - им только и пользовался

test.cccp3d.ru

Обзор софта для топологической оптимизации и бионического дизайна

Биодизайн, или бионический метод проектирования предполагает использование в разрабатываемых конструкциях эффективных решений позаимствованных в природе. В целом, это плавные линии, распределенная структура тонких сплошных или трубчатых конструкций. Биодизайн — частный случай топологической оптимизации, средства достижения оптимального сочетания механической прочности и легкости, путем хорошо просчитанного распределения материала в детали, как правило — с усложнением ее структуры.

В этой статье мы рассматриваем ПО, которое способно справиться с этими задачами.

Как это работает

Современные средства проектирования позволяют не только прогнозировать степень деформации детали, но и оптимизировать ее, в соответствии с заданными рамками массы и прочности. В общем случае, подготавливается модель-заготовка, из которой в дальнейшем удаляется лишний материал. Этот процесс носит название топологической оптимизации. Еще один термин, часто употребляемый в данном контексте — “генеративный дизайн”, он обозначает проектирование, частично выполняемое программными алгоритмами. Результатом топологической оптимизации является сложная структура, на основе которой формируется модель детали для производства. Такая деталь обладает требуемой прочностью при минимальной массе, но сложна в изготовлении традиционными способами, оптимальным будет аддитивное производство.

Примеры реализации

Изделия, выполненные с помощью генеративного дизайна, имеют непривычный футуристический вид и часто служат для демонстрации возможностей аддитивных технологий.

BMW S1000RR

Вот, например, BMW, для демонстрации перспектив технологии, сделала концепт-байк на основе S1000RR, но с легкой 3D-печатной металлической рамой. Если говорить о более утилитарных применениях — BMW уже использует 3D-печать в производстве “Роллс-Ройсов” и родстеров i8.

Мост MX3D

Голландцы из MX3D закончили производство несущей основы моста, который планируется установить в Амстердаме в 2019 году. При изготовлении моста использовалось ПО Autodesk и технология WAAM — наплавление металлического прутка промышленным роботом-манипулятором.

Российская промышленность

Мосты мы пока не печатаем, но в утилитарных областях топологическая оптимизация успешно применятся. Например, работает в этом направлении «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ, используя ПО собственной разработки. Подробнее о решаемых задачах можно прочитать на сайте центра, здесь отметим, что речь идет в основном об аэрокосмической отрасли.

Программное обеспечение — комплексные системы

На рынке присутствует значительное количество программных продуктов, посредством которых можно производить расчеты по топологической оптимизации. Как правило, эту функциональность предоставляют пакеты, производящие моделирование деформаций и прочностные расчеты. Начнем с “больших” комплексов, применяемых для проектирования и расчетов в машиностроении.

Siemens NX

NX — универсальная комплексная система для проектирования, инженерных расчетов и подготовки управляющего кода для станков с ЧПУ — CAD, CAE и CAM. Топологическая оптимизация в рамках модуля NX CAE ориентирована на взаимодействие деталей в CAD-сборке.

В рабочее пространство помещается деталь подлежащая оптимизации, к ней присоединяются другие, которые не будут затронуты процессом, но участвуют во взаимодействии. Указание креплений и приложенных нагрузок производится именно в рамках сборки.

Siemens Solid Edge

Solid Edge — CAD-система твердотельного и поверхностного моделирования, прежде всего предназначенная для работы с деталями и сборками, но обладающая встроенным модулем инженерного анализа. Разработчик позиционирует Solid Edge как средство быстрого проектирования и прототипирования, «заточенное» под аддитивное производство.

Оптимизация производится в несколько шагов, без необходимости тонких настроек: загрузить «болванку», указать отверстия и места приложения нагрузки, задать требуемую долю снижения массы и запас прочности. Полученная деталь может быть напрямую отправлена в печать или доработана штатными средствами Solid Edge.

CATIA 3DEXPERIENCE

Платформа 3DEXPERIENCE, по состоянию на начало 2018 года, состоит из 104 модулей, которые называются ролями. Это решения для различных задач проектирования, управления процессом разработки, симуляции, визуализации. Одна из этих ролей — Function Driven Generative Designer.

Эта роль не только позволяет произвести оптимизацию топологии детали в соответствии с указанными требованиями, но и доработать полученный объект — упростить, убрать неровности.

SOLIDWORKS

Оптимизация топологии была добавлена в SOLIDWORKS 2018. Она доступна в модуле SOLIDWORKS Simulation редакций Professional и Premium. Инженер указывает нагрузки, условия оптимизации — например, наилучшее отношение жесткости к массе, и запускает исследование топологии. По завершении процесса, для подготовки к производству, выполняется сглаживание сетки оптимизированной детали.

Autodesk Fusion 360

Облачная платформа для проектирования, инженерных расчетов и подготовки к производству на станках с ЧПУ — CAD/CAE/CAM. В максимальной подписке, которая называется Ultimate, доступен модуль Advanced Simulation. Он отвечает за моделирование деформаций, работу с анизотропными материалами и оптимизацию топологии — Shape optimization.

Возможности для настройки оптимизации не очень широки, но для основной задачи — создания детали с минимальной массой и необходимой прочностью — достаточны.

ANSYS Mechanical

Основные функции этого программного продукта:

— статические расчеты;— динамический анализ;— тепловые расчеты;— акустические расчеты.

ANSYS Mechanical позволяет моделировать деформацию конструкций под нагрузкой, рассчитывать влияние вибраций и возникновение резонансов. Для проведения автоматизированной топологической оптимизации необходимо импортировать модель-заготовку детали, указать точки крепления и приложения нагрузок, задать граничные условия, такие как минимальная толщина. Возможно моделирование как традиционных материалов, так и анизотропных — композиты, 3D-печатные детали.

Более простое и доступное программное обеспечение

Перейдем от «тяжелого» промышленного ПО к решениям, отличающимся меньшей функциональностью, более низким порогом вхождения и сравнительно доступной стоимостью.

solidThinking Inspire

В сравнении, например, с Ansys Mechanical — это более дружелюбное ПО, рассчитанное на решение нескольких узких задач — моделирования взаимодействия деталей в сборках, простого эскизного проектирования, топологической оптимизации. Объекты, с которыми необходимо работать, могут быть как созданы в Inspire, так и импортированы из других CAD-систем.

После «отрезания лишнего» оптимизированная деталь упрощается и сглаживается, что значительно улучшает внешний вид и позволяет сразу отправить ее в производство.

Помимо топологической оптимизации, Inspire способна формировать сетчатое заполнение вместо сплошного, эта функция пригодится при необходимости еще больше снизить массу детали.

Autodesk Netfabb Ultimate

Эта программа известна многим пользователям 3D-принтеров, как удобное средство «ремонта» сетки и разделения модели на части. Функциональность Netfabb 2018 значительно шире — там, например, есть создание ветвистых поддерживающих структур для FDM-печати, моделирование деформации металлических деталей для SLS и SLM, а в редакции Ultimate добавлены топологическая оптимизация и генерация сетчатого заполнения.

Для чего и для кого

Сейчас средства топологической оптимизации, в основном — компоненты больших CAD/CAM/CAE пакетов разработки Siemens, Dassault Systèmes, Autodesk. И применяется эта технология, если не говорить о чисто демонстрационных целях, в основном при 3D-печати металлическими сплавами. Генеративный дизайн, в сочетании с прочностным анализом, решает задачу уменьшения массы изделия при сохранении прочности, что актуально не только в аэрокосмической отрасли. В любом производстве экономия материала приведет к меньшим затратам, особенно когда речь идет о дорогостоящих металлических порошках.

Назвать простыми для освоения и финансово доступными большинство описанных программных продуктов сложно. Но есть и более простые решения, например — solidThinking Inspire. Можно предположить, что, со снижением стоимости оборудования и расходных материалов для печати металлами и инженерными пластиками, сравнительно несложные средства топологической оптимизации получат более широкое распространение.

Чтобы получить консультацию по выбору софта и приобрести ПО для CAD/CAM/CAE, обращайтесь в Top 3D Shop. Мы поможем с выбором программных продуктов и оборудования для решения любых задач прототипирования и производства.

Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?

Подписывайтесь на нас в соц. сетях:

Автор: Василий Киселев

Источник

www.pvsm.ru

Аддитивные технологии в компании Siemens. Часть 1

Экономика – ключ к внедрению аддитивного производства. Когда вы производите одну деталь в рамках традиционного подхода, вам необходимо вернуть затраты на технологическую подготовку производства, поэтому издержки на единицу готовой продукции очень высоки. Когда вы производите миллион копий, вы возвращаете затраты на технологическую подготовку производства, и поскольку затраты очень малы, вы быстро снижаете стоимость единицы. На графике ниже показано, что 3D-печать становится выгодной при существенно меньших объемах выпуска. В свете того, что современное производство должно быть гибким и легко переоснащаемым на выпуск других изделий, трехмерная печать выглядит крайне привлекательно как раз по экономическим соображениям.

Воспользуйтесь нашими услугами

В рамках традиционного производства с ростом сложности конструкции возрастает стоимость готового продукта. Увеличение сложности обычно означает увеличение числа деталей в готовом изделии, увеличение числа поставщиков, увеличение времени выполнения, и все это равносильно увеличению затрат. При аддитивном производстве все иначе.

Объединяя большое количество деталей в единое целое, вы увеличиваете сложность отдельной детали, но увеличение сложности не означает рост затрат. В этом аддитивное производство драматически отличается от традиционного: объем экономии по сравнению с традиционными методами производства увеличивается по мере того, как конструкция становится более сложной.

Непрерывный процесс аддитивного производства в Siemens NX CAM

Компания Siemens PLM Software предлагает для аддитивного производства самое полное решение на рынке. Ее продукт Siemens NX CAM обеспечивает полностью интегрированное решение для аддитивного производства:

единый формат данных для CAD/CAE/CAM;
унифицированный пользовательский интерфейс;
ассоциативность между различными доменами;
полная интеграция с PLM и MES.

Процесс аддитивного производства состоит из следующих шагов:

Проектирование
Топологическая оптимизация
Адаптация
Анализ и проверка
Подготовка производства
Печать и последующая обработка
Управление данными и процессами

Аддитивное производство компонента руля высоты самолета. Пошаговое описание процесса.

В проектировании с использованием фасетных тел компания Siemens PLM Software предлагает пользователям революционный подход с использованием технологии конвергентного моделирования. Конвергентное тело — это представление фасетного тела в ядре твердотельного моделирования Parasolid. Это означает, что при изменении геометрии фасетного тела больше нет необходимости работать с отдельными фасетами. Для работы с фасетным телом можно использовать стандартные функции моделирования NX, такие как булевы операции (объединение, вычитание, пересечение), создавать на конвергентном теле примитивы, например отверстия, карманы, пазы. Другими словами – работать с конвергентным телом так же, как с обычным твердым телом NX. На рисунке ниже показано меню «Преобразование фасетного тела», с помощью которого пользователь может преобразовать фасетное тело в конвергентное.

Преобразование выполняется между следующими типами тел:

JT → Конвергентное тело
JT → Фасетное тело NX
Фасетное тело NX → Конвергентное тело
Конвергентное тело → Фасетное тело NX

На рисунке ниже показано конвергентное тело в навигаторе модели.

Решетчатые структуры для аддитивного производства

При проектировании деталей для аддитивного производства появилась возможность широкого использования решетчатых структур для снижения веса деталей. Ранее использование решетчатых структур было ограничено технологическими параметрами конструкции. Однако применение аддитивного производства практически полностью снимает эти ограничения — теперь вы можете просто заполнять объемы решетчатыми объектами.

Примеры использования решетчатых структур:

На рисунке ниже приведено диалоговое окно для создания решетчатых структур в Siemens NX CAM:

При создании решетчатой структуры вы можете задать ее свойства, например

выбрать тип ячейки из 15 предопределенных типов,
задать случайный порядок расположения,
установить коэффициент точности для коррекции количества фасетов.

Формы ячеек для построения решетчатых структур показаны на рисунке ниже:

Проверка правильности проектирования для аддитивного производства

Для обеспечения качественной 3D печати в Siemens NX CAM встроены несколько проверок на правильность проектирования для аддитивного производства. Эти проверки позволяют пользователю обеспечить качество 3D-печати на стадии проектирования.

Встроенные проверки работают с твердыми и конвергентными телами. Проверки включают несколько процедур, перечисленных ниже.

Анализ углов поднутрений:
- поиск областей поднутрений на детали;
- поиск областей, которые нуждаются в поддержке или будут искажаться при 3D печати;
- поиск внутренних каналов, которые могут искажаться при 3D печати.
Анализ толщины стенок:
- поиск областей с чрезмерно тонкими стенками;
- поиск областей, которые не могут быть напечатаны на 3D-принтере из-за небольшой толщины;
- поиск областей, которые могут искажаться при печати или печататься с ошибками.
Анализ полностью закрытых областей:
- поиск областей, в которых объем полностью закрыт;
- поиск областей, где может оставаться порошок, который невозможно удалить;
- поиск областей, в которых поддерживающая геометрия не может быть удалена.
Анализ области печати:
- проверка, может ли деталь быть напечатана на выбранном принтере;
- возможно, потребуется использовать более крупный принтер;
- возможно, потребуется изменить ориентацию печати;
- может потребоваться сегментировать модель на несколько частей.
Анализ минимального радиуса:
- проверка геометрии детали, радиусы скруглений которой меньше минимального заданного значения.

Топологическая оптимизация – один из самых важных инструментов, который позволяет внедрять аддитивное производство. Если просто напечатать на 3D-принтере деталь, которая уже производится традиционными методами, то мы получим ту же деталь, только в несколько раз дороже. Однако если требуется изготовить деталь, которая по своим функциональным возможностям будет соответствовать изготовленной традиционными методами, но при этом в 5 раз легче, то это тот случай, когда не обойтись без топологической оптимизации.

Обзор функциональных возможностей

Рабочий процесс топологической оптимизации в NX CAM отличается от традиционных решений оптимизации топологии и имеет следующие особенности:

Работа выполняется в рабочей детали NX CAD в контексте сборки.
Поддерживаются одно или несколько пространств проектирования. У каждого из них есть свои:
- метод построения,
- материал,
- конструктивные ограничения,
- конечно-элементные нагрузки и ограничения,
- значение ограничения оптимизации (например целевая масса).
Конструкция модели учитывает функциональные требования к изделию, например:
- сохранить/вычесть заданный объем;
- цилиндрические отверстия должны иметь припуск материала вокруг отверстия;
- отверстия должны быть обработаны цековкой для создания опорных плоскостей под различные крепежные элементы – шайбы, головки болта или винта и т. д.;
- обеспечить зазор 5 мм от заданного тела.
Вы можете управлять уровнем разрешения.
Есть возможность создавать сглаженные, органические формы с острыми кромками, где это необходимо.

Использование результатов оптимизации топологии

Оптимизация топологии – это не конечная операция проектирования, для многих деталей это только начало. Существует множество возможностей для использования результатов оптимизации топологии:

выполнить прямую печать детали на 3D-принтере;
использовать модель для отливки, создания пресс-формы или многоосевой обработки;
использовать для дальнейшего проектирования или моделирования с использованием конвергентных моделей.

Конвергентная модель представляет собой новый формат данных Parasolid, представленный в Siemens NX CAM, – единый формат данных для обоих типов: NURBS и Facet. Существующие функциональные возможности моделирования можно использовать без ограничений.

Более подробно о процессе топологической оптимизации мы расскажем в отдельной статье.

После выполнения топологической оптимизации пользователь получает 3D-модель детали как конвергентное тело, геометрия которого полностью отвечает заданным параметрам оптимизации (весу, прочности и т. д.). Однако часто необходимо доработать геометрию детали после 3D-печати, так как существующие технологии 3D печати не могут обеспечить необходимую точность геометрии, например, при создании отверстия под запрессовку подшипника (допуск по квалитету M6). Так же иногда требуется изменить геометрию детали для придания ей более «презентабельного» вида, что невозможно сделать с помощью топологической оптимизации.

На рисунке ниже показаны примеры деталей до и после адаптации:

Здесь показано использование функций моделирования при работе с конвергентным телом. При адаптации данной детали использовались как функции работы с твердым телом, так и функции работы с фасетными телами и поверхностями свободной формы. Это позволяет конструктору снять большинство ограничений при работе с фасетными телами и переосмыслить подход к моделированию.

В дополнение к возможностям анализа, встроенным в топологическую оптимизацию, Simcenter 3D позволяет оптимизировать топологию конструкции детали с использованием сложных нагрузок и ограничений.

Чтобы убедиться, что проект соответствует вашим ожиданиям, вы можете использовать расширенные возможности анализа в Simcenter 3D.

Используя компьютерное моделирование, вы можете проверить эффективность деталей.Вы также можете проанализировать влияние процессов аддитивного производства, чтобы подтвердить, что напечатанные детали будут соответствовать целевым требованиям проекта.

Для подготовки производства в Siemens NX CAM имеется несколько различных технологий 3D-печати. Основные технологии 3D-печати, которые поддерживаются в Siemens NX CAM, приведены в таблице ниже.

Прямое осаждение материала (гибридная аддитивная технология)
Селективное лазерное спекание (послойное спекание порошка)
Струйное осаждение/струйная технология (многосопловое осаждение)
Осаждение материала плавлением (много-осевое)

Siemens NX CAM обеспечивает управляемый процесс подготовки аддитивного производства на базе 3D-модели. Выбор принтера из библиотеки автоматически определяет рабочую область печати. Детали позиционируются и ориентируются в рабочей области, чтобы повысить эффективность печати. Геометрия поддержки автоматически создается по мере необходимости. Задается процесс печати и создаются траектории лазера. Перед отправкой данных на 3D-принтер вы можете проверить сечения и траектории лазера в Siemens NX CAM. Проверенные лазерные траектории отправляются на 3D-принтер.

Вот как выглядит весь процесс в Siemens NX CAM.

1. Загрузка шаблона для 3D печати

При входе в модуль аддитивной обработки NX система предлагает пользователю выбрать шаблон для 3D-печати. Этот шаблон включает:

модель принтера,
рабочую область принтера,
драйвер принтера и стратегии печати.

2. Выбор 3D-принтера

После выбора шаблона для 3D-печати пользователь может в любое время выбрать другой 3D-принтер. При этом нет необходимости изменять настройки, при смене принтера все настройки изменяются автоматически.

3. Добавление компонент в рабочую область принтера

Для добавления компонент в рабочую область принтера используется расширенная функциональность добавления компонент в сборку.

4. Оптимизация расположения и/или ориентации компонент в рабочей области принтера

Функциональность оптимизации расположения NX AM имеет конструктивные ограничения, такие как направление выращивания, плотность расположения и допустимое отклонение от направления выращивания в процессе расположения.

5. Автоматическое/ручное создание геометрии поддержек

Определение областей, которые нуждаются в геометрии поддержки. Выбор из нескольких типов поддержки (различные материалы). Автоматическое и ручное создание элементов поддержки. Визуализация элементов поддержки в NX. Изменение элементов поддержки (добавить, изменить, удалить). Изменение геометрии поддержки с использованием стандартных команд моделирования.

6. Выбор/изменение стратегии печати

Перед генерацией файла печати пользователь должен выбрать материал и стратегию печати. Эти параметры задаются в меню конфигурации принтера и выбираются в меню NX.

7. Генерация выходного файла

Команда «Генерация выходного файла» создает файл в формате выбранного принтера, который содержит следующую информацию:

геометрию деталей,
свойства области печати,
конфигурацию принтера,
информацию о слоях и шаблонах заполнения слоев.

Размер файла зависит от

количества различных компонентов,
сложности компонентов,
толщины слоя,
шаблона заполнения.

Формат файла зависит от подключенного процессора принтера.

8. Анализ и проверка слоев и траекторий лазера для заполнения слоев

Для анализа и проверки слоев и траекторий лазера для заполнения слоев используется просмотрщик слоев компании Materialize.

Как правило, после 3D-печати детали требуется последующая обработка. Это необходимо для удаления геометрии поддержек, получения точных геометрических объектов, таких как отверстия, бобышки, карманы и т.д.

Интегрированный NX CAM

Имея в одной системе функциональность аддитивной и традиционной обработки, очень просто выполнять последующую обработку деталей с точными траекториями инструмента. Вы можете обрабатывать любую деталь, используя широкий спектр возможностей NX CAM. Все в одной системе и от одного поставщика – Siemens NX CAM.

Управление производственными операциями

Управление производственными операциями включает следующие функции:

управление операциями 3D печати,
управление заказами,
управление аддитивным производством,
руководство оператора и контрольная карта,
управление файлами заданий на печать,
управление подачей порошка и мощностью лазера,
полное отслеживание производственных данных.

Значение функций MOM в отношении аддитивного производства заключается в том, чтобы внедрить эту технологию производства в общий производственный процесс в случае серийного производства, учитывая операции, которые должны выполняться до и после операций аддитивного производства.

В технологию входят настройка и подготовка как самого 3D-принтера, так и созданного элемента (если печать производится на существующей промежуточной заготовке), а также последующая обработка, такая как удаление геометрии поддержки, термическая обработка, чистовые операции обработки и операции контроля. Создание, оптимизация и диспетчеризация производственных заказов – это ключевой момент для планирования и выполнения заказов с надлежащим распределением ресурсов.

Операторы в цехе получают указания о том, что и когда делать, в соответствующей последовательности и с подробными инструкциями. Операторы должны подтвердить, что они выполнили все обязательные действия, прежде чем они смогут перейти к следующему шагу.

Система MOM определяет необходимый 3D-принтер, используя ограничения, задаваемые временем печати детали, а также доступность ресурсов во время выполнения. Серийные номера деталей, связанные с номером операции, передаются системе, ответственной за их включение в файл задания печати, и в конечном итоге оператор может передать обновленный файл задания на 3D-принтер.

Процессы управления партиями порошка имеют важное значение как для обеспечения непрерывного производства, так и для обеспечения полной информации о произведенных изделий. Полная информация распространяется на многие другие элементы производственного процесса, включая данные всех задействованных производственных станков, временные метки активности, идентификаторы операторов и т. д.

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

integral-russia.ru

[recovery mode] Обзор софта для топологической оптимизации и бионического дизайна

В этой статье мы рассматриваем ПО, которое способно справиться с этими задачами.

Как это работает

Современные средства проектирования позволяют не только прогнозировать степень деформации детали, но и оптимизировать ее, в соответствии с заданными рамками массы и прочности. В общем случае, подготавливается модель-заготовка, из которой в дальнейшем удаляется лишний материал. Этот процесс носит название топологической оптимизации. Еще один термин, часто употребляемый в данном контексте — «генеративный дизайн», он обозначает проектирование, частично выполняемое программными алгоритмами. Результатом топологической оптимизации является сложная структура, на основе которой формируется модель детали для производства. Такая деталь обладает требуемой прочностью при минимальной массе, но сложна в изготовлении традиционными способами, оптимальным будет аддитивное производство.

Примеры реализации

BMW S1000RR

Вот, например, BMW, для демонстрации перспектив технологии, сделала концепт-байк на основе S1000RR, но с легкой 3D-печатной металлической рамой. Если говорить о более утилитарных применениях — BMW уже использует 3D-печать в производстве «Роллс-Ройсов» и родстеров i8.

Мост MX3D

[embedded content]

Российская промышленность

Программное обеспечение — комплексные системы

На рынке присутствует значительное количество программных продуктов, посредством которых можно производить расчеты по топологической оптимизации. Как правило, эту функциональность предоставляют пакеты, производящие моделирование деформаций и прочностные расчеты. Начнем с «больших» комплексов, применяемых для проектирования и расчетов в машиностроении.