3 voordelen van topologie-optimalisatie die uw productteam niet mag missen

Topologie-optimalisatie (TO of TopOp) is een wiskundige methode die de materiaallay-out binnen een bepaalde ruimte optimaliseert, rekening houdend met bepaalde belasting- of grensbeperkingen. Met topologie-optimalisatie kunnen ontwerpers een mechanisch onderdeel of onderdeel optimaliseren, meestal door materiaalreductie.

Topologie-optimalisatie is een vorm van generatief ontwerp, dat verwijst naar de combinatie van drie verschillende disciplines - ontwerp, simulatie en optimalisatie - om een ​​simulatie te creëren die rekening houdt met duizenden miljoenen vrijheidsgraden om een ​​optimale oplossing te creëren.

Topologie-optimalisatie stelt ontwerpers in staat om een ​​zorgvuldige balans te vinden tussen sterkte en betaalbaarheid, door te bepalen hoe een onderdeel kan worden gemaakt dat sterk genoeg is met zo min mogelijk materiaal. Het doet dit op een manier die ongelooflijk moeilijk te bereiken zou zijn zonder de hulp van een computer. Dit kan soms resulteren in vreemde vormen, daarom gaat topologie-optimalisatie hand in hand met additive manufacturing; 3D-printen is het meest effectieve hulpmiddel voor het vervaardigen van deze complexe onderdelen.

Met software voor topologie-optimalisatie kunnen ontwerpers uiteindelijk profiteren van de vrijheid die additieve fabricage biedt. Tot voor kort was het voor veel productteams echter onbetaalbaar. Het is pas in de afgelopen jaren dat topologie-optimalisatie een ingebouwde functie is geworden in veel populaire CAD-programma's, waardoor het veel toegankelijker is geworden. Dit is wat productteams moeten weten over deze krachtige tool.

Hoe topologie-optimalisatie werkt

De meest populaire en praktische topologie-optimalisatiemethoden zijn gebaseerd op eindige elementen (FE). FE verwijst naar een ontwerpmethode die gebaseerd is op simulaties om te bepalen welke delen van een object structureel niet kritisch zijn en daarom mogelijk kunnen worden verwijderd.

De eerste stap naar op FE gebaseerde topologie-optimalisatie is het definiëren van de belastingen, armaturen, beperkingen en "ontwerpruimte", of het maximale volume dat een bepaald onderdeel mogelijk kan innemen. De software analyseert vervolgens de specifieke beperkingen om verschillende ontwerpopties voor onderdelen te bieden en de ontwerper in de richting van het best mogelijke ontwerp te leiden. Wanneer een ontwerp is geselecteerd, herhaalt de software het proces om de geometrie te verfijnen

Over het algemeen gebruiken onderdelen die zijn ontworpen met behulp van topologie-optimalisatie minder materiaal om dezelfde of betere resultaten te bereiken, wat zich vertaalt in directe kostenbesparingen en een verbeterd product. Omdat topologie-optimalisatie het overtollige gewicht van veel ontwerpen kan verminderen, is de technologie vooral populair voor metalen componenten in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie, die beide profiteren van een hogere brandstofefficiëntie wanneer het volume of het gewicht van onderdeelmaterialen wordt verminderd. Bovendien, omdat topologie-optimalisatie en additive manufacturing ontwerpers in staat stellen om organische vormen nauw na te bootsen, wordt de technologie steeds vaker gebruikt voor medische toepassingen.

Voordelen van topologie-optimalisatie

De voordelen van topologie-optimalisatie gaan verder dan materiaalreductie. Enkele van de andere voordelen zijn:

• Een verkort ontwerpproces: Topologie-optimalisatie kan de tijdlijnen voor productontwikkeling drastisch verkorten, wat zich vertaalt in lagere kosten. Het geautomatiseerde proces leidt over het algemeen tot beter presterende onderdelen in veel minder tijd dan nodig zou zijn voor traditionele ontwerpmethoden.
• Betere prestaties: Het beste ontwerp voor een bepaald onderdeel is niet altijd intuïtief en het is mogelijk dat een ontwerpteam het nooit zou hebben bedacht zonder de hulp van een computer. Algoritmen voor topologie-optimalisatie hebben niet de vooroordelen die mensen hebben, dus hebben ze de neiging om esthetiek en algemene ontwerpregels te negeren ten gunste van verbeterde prestaties.

Grotere energie- en kostenefficiëntie. Topologie-optimalisatie elimineert onnodige functies of materiaal, waardoor zowel afval als kosten worden verminderd. Bovendien hebben deze onderdelen, omdat ze lichter zijn, de neiging om de energievraag in hun eindgebruikstoepassingen te verminderen.

Populaire software voor topologie-optimalisatie

Topologie-optimalisatiesoftware kan worden gekocht als een stand-alone tool of een CAD-geïntegreerde module. Twee belangrijke spelers op het gebied van topologie-optimalisatie zijn Altair en Dassault Systèmes. Altair bracht de OptiStruct-tool voor het eerst uit in 1994 en General Motors was de eerste klant. Dassault Systèmes is verantwoordelijk voor verschillende populaire TopOp-modules, waaronder Tosca en ATOM.

Een handvol populaire CAD-programma's, waaronder Solidworks en Creo, worden geleverd met ingebouwde tools voor topologie-optimalisatie. Merk op dat deze tools over het algemeen minder krachtig en veelomvattend zijn dan standalone TO-software. Dat gezegd hebbende, zijn ze in staat om waardevolle inzichten te verschaffen tijdens het ontwerpproces.

nTop Platform is een nieuw type CAD-software waarvan de geïntegreerde TopOp-modules de gegevensuitvoer van simulaties mogelijk maken om ontwerpparameters zoals variabele wanddikte of roosterbundeldikte direct aan te sturen, waardoor nieuwe functionaliteiten in het softwarelandschap worden geïntroduceerd.

Aan de slag met topologie-optimalisatie

Zowel moderne bedrijven als consumenten vragen om oplossingen die sneller, efficiënter, effectiever en milieuvriendelijker zijn dan ooit tevoren. Topologie-optimalisatie kan deze voordelen en meer opleveren voor productteams. Gelukkig wordt de technologie ook steeds breder toegankelijk. Om het maximale uit TO-software te halen en het productontwikkelingsproces te optimaliseren, moeten teams echter een grondige functionele kennis hebben van hoe ze de technologie effectief kunnen gebruiken.

Productteams van alle soorten en maten die geïnteresseerd zijn in het benutten van topologie-optimalisatie om sneller beter presterende, goedkopere onderdelen te creëren, kunnen de experts van Fast Radius raadplegen. Ons team van doorgewinterde ontwerpers, ingenieurs, technologen en projectmanagers zijn experts in digitaal ontwerp, simulatie en prestatie-optimalisatie. Onze missie is om onze klanten te helpen nieuwe dingen mogelijk te maken.

Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie en ga naar ons leercentrum voor informatie over de nieuwste productietechnologieën.