Superieure additieve productieresultaten ontgrendelen met Fusion 360's nieuwe Generatieve Ontwerp functie

Lees dit artikel in: Duits

Als onderdeel van de december 2020 update van Fusion 360, leverden we een verborgen cadeau net op tijd voor de feestdagen: een nieuwe methode voor het genereren van additieve productie-uitkomsten. Intern noemen we dit project Additieve 2.0, en het maakt deel uit van onze Experimentele Generatieve Oplossers en Functies preview. Deze nieuwe methode zou de vormkwaliteit en printbaarheid van de uitkomsten aanzienlijk moeten verbeteren vergeleken met wat u eerder zag in generatief ontwerp. Dit was een cadeau waar velen van ons al lang naar uitkeken, en mijn team en ik willen alles wat we geleverd hebben "uitpakken".

De nieuwe Additieve 2.0 algoritme gebruiken

Allereerst moet u onze Experimentele Generatieve Oplossers en Functies preview inschakelen vanuit uw Gebruikersvoorkeuren.

Met de preview ingeschakeld, moet u Alternatieve Uitkomsten inschakelen in de StudiInstellingen. Vanaf daar stelt u uw studie in zoals gewoonlijk. Schakel de additieve productiebeperking in in het dialoogvenster Productiebeperkingen, kies de gewenste printoriëntaties, en laat onze solvers de rest doen.

Eenmaal in Verkennen, voor elke set additieve uitkomsten (waar een set gelijk is aan gegeven materiaal en richting), zal Additieve 2.0 de tweede uitkomst in elke set genereren. Snelle tip: de gemakkelijkste manier om dit te zien is om over te schakelen naar de eigenschappenweergave, te isoleren op de additieve productiemethode, en de Sorteren op keuzelijst in te stellen op Materiaal.

Hoe is Additieve 2.0 beter?

Onze initiële aanpak voor het genereren van additieve uitkomsten liet veel te wensen over in vormkwaliteit in veel scenario's (velen van jullie hebben ons dat verteld, en we hebben geluisterd!). Het was gebruikelijk om uitkomsten te zien met uitgesproken trapstappen en andere artefacten terwijl we probeerden te voldoen aan overhangvereisten en volledig zelfondersteunend te zijn. Met onze nieuwe aanpak doen onze solvers een veel betere job aan het voldoen aan minimum diktevereisten, het balanceren van ontwerpmassa, en het minimaliseren van supportmateriaal. Deze nieuwe aanpak zal de vormkwaliteit niet opofferen om volledig zelfondersteunend te zijn.

Laten we in een paar voorbeelden duiken die demonstreren hoe deze verbeteringen de uitkomsten beïnvloeden die we creëren.

Ons eerste voorbeeld is de eenvoudige generatieve opzet hieronder getoond (belasting en beperkingen zijn verborgen). We hebben van plan om dit onderdeel in de oriëntatie te fabriceren getoond in Figuur 1 (hieronder), de rode obstakel vervangend met de build plate.

Deze opzet produceert een onbeperkte uitkomst, zoals gezien in Figuur 2 (hieronder), wat moeilijk te fabriceren is om verschillende redenen. Ten eerste vereist een groot gebied onder de onderdeedgeometrie supportstructuren (rood gemarkeerde gebieden in de tweede helft van de figuur). Ook zijn de dunne kenmerken nabij het centrum van het onderdeel broos en kunnen breken tijdens supportverwijdering. Hoewel dit ontwerp additief geproduceerd kan worden, is het ver van geoptimaliseerd.

Wanneer we beginnen te kijken naar Additieve 2.0 naast onze bestaande additieve beperkingen (Additieve 1.0), worden de verschillen duidelijk, zoals getoond in Figuur 3 (hieronder). In beide gevallen hebben we de additieve beperking geconfigureerd met een overhanghoek van 45 graden en een minimum dikte van 3mm.

In beide gevallen is de hoeveelheid benodigd supportmateriaal verminderd maar niet geëlimineerd. Echter, het Additieve 1.0 resultaat, dat materiaal opbouwt vanaf de build plate om de hele structuur te ondersteunen, is 50% zwaarder dan de onbeperkte uitkomst. Het vertoont trapstappen artefacten die een veelvoorkomende irritatie waren met de oorspronkelijke additieve productieoplossing. Additieve 2.0 vermindert ook significant de hoeveelheid benodigd supportmateriaal, maar doet dit met subtilere veranderingen in de geometrie en verhoogt de massa slechts met 11% voor dit model. Beide additieve ontwerpen voldoen aan de 3mm minimum feature size, maar Additieve 2.0 behoudt een structuur veel dichter bij de onbeperkte, de te dunne lattice balken samengevoegd in een dikker organische structuur. De nieuwe Additieve 2.0 resultaten elimineren ook veel van de slechte oppervlaktekwaliteit in de oorspronkelijke uitkomst.

In theorie zullen de nieuwe Additieve 2.0 beperkingen het ondersteunde gebied verminderen en dunne balken elimineren met een minimale toename in algehele onderdeelmassa. Maar zijn deze ontwerpen daadwerkelijk beter produceerbaar? Laten we het printvoorbereidingsproces doorlopen en kijken.

De printproces valideren

FFF Voorbeeld

Figuur 4 (hieronder) vergelijkt de uitkomsten voor Additieve 1.0 en Additieve 2.0 naast de oorspronkelijke onbeperkte uitkomst. Elk van deze resultaten werd door de generieke FFF workflow genomen met behulp van de Fusion 360 additieve werkruimte. De modellen werden gesliceerd en post-verwerkt met Fusion 360 voordat ze geprint werden op een desktop FFF machine. Elk onderdeel werd post-verwerkt met dezelfde printinstellingen, machine, en in hetzelfde PLA filament. De resultaten getoond in Figuur 3 identificeren duidelijk de verbetering tussen Additieve 2.0 en 1.0, met een significante 41,3% reductie in onderdeelmassa. Het voordeel van Additieve 2.0 vergeleken met het gebruik van de onbeperkte beperkingen wordt ook benadrukt, met een 47,8% reductie van benodigd supportmateriaal.

SLA Voorbeeld

Figuur 5 (hieronder) vergelijkt de uitkomsten voor Additieve 1.0 en Additieve 2.0 naast de oorspronkelijke onbeperkte uitkomst voorbereid voor printen in een SLA proces. Elk van deze resultaten werd door de generieke SLA workflow genomen met behulp van Netfabb. Vergelijkbaar met de bovenstaande resultaten, identificeert Figuur 5 duidelijk de verbetering van Additieve 1.0 naar 2.0. Zowel onderdeelmassa als benodigd supportmateriaal voor dit proces ook.

SLM Voorbeeld

Laten we kijken naar een ander, meer real-world voorbeeld. Het Motorcycle Triple Clamp voorbeeldprobleem in de generatieve ontwerp trainingsmaterialen loopt door het ontwerpen van een structureel component dat de vorkbuizen verbindt met de stuurstam op een motorfiets. Voor dit voorbeeld willen we het component additief produceren uit aluminium met behulp van selectieve lasersmelting (SLM).

Voor het draaien van de generatieve studie, selecteerden we de bouwrichting voor het component. Bouwhoogte is een grote kostendraver, dus we vermeden de +X richting. We weten uit ervaring dat we de meeste grote gaten met materiaal moeten vullen tijdens het printen en daarna na-bewerken om de tolerantie te krijgen die we nodig hebben. Eenmaal de gaten gevuld zijn, zal de +Y oriëntatie een snelle verandering in doorsnede-oppervlak aan het bovenste gezicht van het onderdeel hebben, wat snelle afkoeling van een groot oppervlak veroorzaakt en bouwproblemen kan veroorzaken. Als resultaat verwierpen we de +Y oriëntatie en gaven we de voorkeur aan de +Z bouwrighting.

We selecteerden een minimum feature size van 0,25 in (6,35 mm) om te garanderen dat eventueel geproduceerde balken groot genoeg zijn om de krachten van supportverwijdering te weerstaan. De overhanghoek was ingesteld op 45°, consistent met de SLM procesparameters. De Additieve 2.0 uitkomst wordt in de onderstaande afbeelding getoond.

Normaal zouden we op dit moment waarschijnlijk ontwerptweaks maken aan de organische vorm en ontwerpprestaties valideren. Voor vandaag zullen we die stappen overslaan en rechtstreeks naar de productiewerkruimte gaan om het voor te bereiden voor printen.

We zullen een Renishaw AM250 gebruiken om het ontwerp te produceren, wat de Additive Build Fusion extensie vereist. Eerst moeten we de grote gaten vullen met materiaal zodat we ze later kunnen bewerken tot tolerantie. We zullen dit doen in de Fabricage werkruimte door een Fabricage Model te maken waarin we de gaten kleiner trekken/duwen.

Nu zullen we een nieuwe setup maken, de Renishaw machine en onze gewijzigde geometrie selecteren. Na een beetje werk met het Verplaats commando, is ons onderdeel op het build platform gepositioneerd.

Nu zullen we het Volume Support commando gebruiken om supportmateriaal te genereren.

Op dit punt zijn we klaar om de print te simuleren, dan g-code te genereren en naar de machine te sturen.

Figuur 7 (hieronder) vergelijkt het Additieve 2.0 ontwerp met de onbeperkte en bestaande additieve productieoplossingen, en we zien een vergelijkbare trend als in het vorige voorbeeld. De Additieve 1.0 resultaten zijn zwaarder, vereeven zoveel support als het onbeperkte onderdeel, en lijden onder oppervlaktekwaliteitsproblemen. Additieve 2.0 verbetert de vormkwaliteit, vermindert benodigd supportmateriaal, en brengt de onderdeelmassa terug tot bijna gelijk aan de onbeperkte uitkomst.

Additieve 2.0 zelf uitproberen

We hopen dat u net zo enthousiast bent over deze additieve productieverbeteringen als wij om ze aan het product te brengen. Terwijl de afbeeldingen in deze blog een geweldig verhaal vertellen, wilden we u de modellen die we gebruikten om de verbeteringen te demonstreren, geven, zodat u ze zelf kunt bekijken. Deze modellen zijn klaar om te draaien, open ze, en genereer de beschikbare studies.

Additieve 2.0 V-vormige Trekbalk Opzet

Additieve 2.0 Motorcycle Triple Clamp Opzet

Als u vragen of opmerkingen heeft over onze nieuwe additieve productiebeperkingen, neem dan contact met ons op op generativedesignhelp@autodesk.com. Ook wil ik een grote dankjewel delen aan een geweldig team experts die deze oplossing hebben ontwikkeld en gevalideerd en aan Ben Weiss, Adam Day, Matt Oosthuizen, en Divy Kishor Tiwary voor het helpen schrijven van deze blogpost. Ik wens u allen een gelukkige feestdagen en een Gelukkig Nieuwjaar!