Mengurangi ukuran suku cadang, mengurangi jumlah suku cadang, dan mengurangi bobot suku cadang adalah pengejaran tanpa henti di bidang kedirgantaraan, manufaktur mobil, dan bidang lainnya. Misalnya, setiap gram pengurangan berat pesawat setara dengan pengurangan konsumsi bahan bakar yang banyak selama layanan. Sebagai contoh lain, dengan mengurangi ukuran komponen satelit, lebih banyak ruang dapat disediakan untuk meningkatkan daya baterai, sehingga meningkatkan waktu satelit dapat bertahan di luar angkasa.
Perlu dicatat bahwa ringan umumnya dipahami sebagai penghilangan material dari suatu komponen atau bagian untuk mengurangi bobotnya. Inilah yang terjadi, dan itulah mengapa sering ada penekanan pada "pengurangan material", atau penggantian beberapa material dengan material ringan lainnya.
Dengan memilih bahan dengan kekuatan spesifik yang lebih tinggi, berat keseluruhan bagian dapat dikurangi. Misalnya, jika kita membandingkan baja tahan karat, paduan aluminium, dan paduan titanium, paduan titanium memiliki kekuatan spesifik yang lebih tinggi dan dapat menggunakan lebih sedikit material untuk mencapai tingkat kinerja yang sama.
Oleh karena itu, fokus pada material ini memengaruhi desain bagian yang mencerminkan bagaimana perubahan desain mendasar dapat membantu meminimalkan konsumsi material dan pada akhirnya mengurangi waktu pembuatan.
Karena bobot struktur apa pun secara langsung akan memengaruhi sifat mekanis komponen, manufakturabilitas merupakan salah satu faktor terpenting yang memengaruhi bobot ringan. Anda dapat memiliki desain teoretis yang paling ringan dan berperforma tinggi, tetapi jika tidak dapat diproduksi, desain ini tidak berguna. menjadi tidak berguna.
Faktor penting lainnya adalah biaya suku cadang. Jika bagian yang ringan dirancang dengan buruk menggunakan optimasi topologi, akan ada biaya tambahan untuk menghilangkan struktur pendukung yang berlebihan dan menambahkan perawatan permukaan. Di sisi lain, mencetak kisi-kisi dot matrix dan struktur TPMS dapat meningkatkan waktu pencetakan 3D, yang mengarah ke biaya pembuatan komponen yang lebih tinggi.
Produsen telah menggunakan manufaktur aditif selama dua dekade, tetapi hanya dalam beberapa tahun terakhir pencetakan 3D telah melihat kemajuan dalam komponen ringan dan membuat strategi perangkat lunak baru untuk ringan.
Optimasi Topologi dan Desain Generatif
Salah satu strategi perangkat lunak yang sering dieksplorasi dalam hal ringan adalah pengoptimalan topologi: Kemampuan Pengoptimalan Topologi, berdasarkan metode elemen hingga (FEM) untuk mengoptimalkan penugasan material suatu bagian untuk tujuan kekakuan atau kekuatan, memungkinkan desain bagian yang ringan. Strategi desain ini mengoptimalkan tata letak material dalam ruang desain tertentu untuk serangkaian beban, kondisi batas, dan batasan tertentu.
Di pasaran, Optimasi Topologi (Topology Optimization) dan Desain Generatif (Desain Generatif) biasanya bingung dalam banyak kasus, tetapi setelah dipelajari dengan cermat, Desain Generatif (Desain Generatif) didasarkan pada beberapa parameter awal melalui iterasi dan penyesuaian. Temukan model (dioptimalkan). Optimasi Topologi (Optimasi Topologi) adalah untuk menganalisis model yang diberikan. Adalah umum untuk melakukan analisis elemen hingga berdasarkan kondisi batas, dan kemudian mengubah bentuk atau menghapus model untuk mengoptimalkannya.
Desain Generatif adalah proses interaksi manusia-komputer dan inovasi diri. Menurut maksud desain dari inputer, melalui sistem "generatif", model geometris dari rencana desain yang berpotensi layak dihasilkan, dan kemudian dibandingkan secara komprehensif, dan rencana desain yang dipilih didorong ke perancang untuk keputusan akhir.
Dipahami secara umum, desain generatif adalah metode desain yang secara otomatis menghasilkan karya seni, model arsitektur, dan model produk melalui algoritma dalam perangkat lunak desain. Desain generatif adalah metode pemodelan parametrik. Selama proses desain, setelah desainer memasukkan parameter produk, algoritme akan secara otomatis menyesuaikan dan menilai hingga diperoleh desain yang optimal.
Kisi atau struktur yang diisi TPMS
Karena munculnya teknik pembuatan aditif, struktur seluler periodik, terutama permukaan minimal tiga periode (TPMS), telah menarik minat penelitian yang luas. TPMS pada dasarnya adalah permukaan terkecil di mana kelengkungan rata-rata semua titik adalah nol. Struktur TPMS dapat dimodelkan secara matematis dan dapat dimodelkan secara berulang dalam tiga arah. Pola ini memungkinkan sel TPMS tumbuh dalam tiga arah yang saling tegak lurus, membentuk susunan 3D sel TPMS.
TPMS adalah permukaan minimal tiga periodik (TPMS). Untuk aplikasi struktural, desain TPMS memperlihatkan rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi. Digunakan bersama dengan teknik pembuatan aditif, ini memungkinkan perancang untuk membuat struktur multifungsi dengan kekuatan tinggi dan sifat pembuangan panas.
Mengisi struktur dengan kisi-kisi kisi atau TPMS adalah pendekatan yang menarik untuk dijelajahi dalam hal ini, misalnya, perangkat lunak pembuatan aditif Desain Kognitif telah membuat database besar dari metamaterial tersebut dan sifat mekaniknya. The Infill Optimizer, bagian dari Cognitive Additive, dengan cerdas menempatkan struktur seperti itu berdasarkan jalur tekanan, mengurangi bobot keseluruhan tanpa mengorbankan kinerja mekanis.
Integrasi Struktural
Integrasi struktural adalah strategi yang membutuhkan keahlian yang solid dan kemampuan untuk mengintegrasikan beberapa bagian menjadi satu. Jika dirancang dengan benar, bagian tersebut dapat memberikan fungsionalitas yang lebih baik. Misalnya, beberapa tahun yang lalu, Airbus dan Sistem 3D mengembangkan filter frekuensi radio cetak (RF) 3D logam pertama yang layak terbang, diuji dan divalidasi untuk digunakan dalam satelit telekomunikasi komersial.
Secara tradisional, filter RF dirancang menggunakan komponen standar, seperti rongga persegi panjang dan penampang pandu gelombang dengan tekukan vertikal, yang bentuk dan sambungannya ditentukan oleh proses standar seperti penggilingan dan EDM.
Biasanya, rongga untuk filter RF dikerjakan dalam dua bagian yang dibaut bersama, yang tidak hanya menambah bobot tetapi juga menambahkan langkah perakitan dan proses pemeriksaan kualitas tambahan. Menggunakan perangkat lunak CST MWS, alat simulasi elektromagnetik 3D, tim Sistem 3D mengembangkan rongga elips tersembunyi untuk memandu arus RF, desain yang mengurangi biaya produksi dan mengurangi berat hingga 50 persen .
Solusi perangkat lunak baru berdasarkan kecerdasan buatan memungkinkan insinyur desain untuk "memprogram" algoritme, dan dengan cara ini, desain mereka berevolusi dan berkembang menjadi produk dengan bentuk kompleks yang dapat dengan mudah diproduksi melalui pembuatan aditif.
Tren ini akan terus berlanjut, bisa dibilang tanpa batas waktu, karena solusi perangkat lunak terus berkembang. Sama seperti pengamatan dan analisis "Laporan Kecerdasan Buatan dan Desain Masa Depan - 2017 Desain dan Kecerdasan Buatan" oleh Fan Ling dari Laboratorium Desain dan Kecerdasan Buatan Tongji x Tezan: Kecenderungan segmentasi ekstrem di sisi permintaan perlu dicocokkan dengan kecerdasan buatan di sisi penawaran; Tren online/koneksi/interaksi secara bertahap berkembang dari informasi online, hubungan online, dan hal-hal online menjadi berbagai keterampilan online, dan pada akhirnya akan menjadi online hati dan otak—kecerdasan buatan/AI; dibarengi oleh individu-individu yang tak tergantikan Individu-individu dengan keterampilan super tersegmentasi akan terus bermunculan, dan era mediokritas akan berakhir; organisasi masa depan akan menjadi organisasi baru interaksi manusia/komputer, dan mereka akan secara fleksibel memberikan tugas kepada talenta eksternal, talenta internal, atau mesin untuk diselesaikan secara otomatis. Mekanisme tersebut mengintegrasikan seluruh alur kerja desain untuk mencapai jalur penyelesaian tugas yang optimal.