Technical Specialist – Denmark
Tuotesuunnittelijana sinun tulee ottaa monta tekijää huomioon suunnitellessasi tuotteita. Ei riitä, että saat mallisi nopeasti valmiiksi, sinun tulee myös minimoida suunnittelun aiheuttamat viiveet valmistuksessa ja sitä seuraavat kustannusten ylitykset. Suunnittelijat kohtaavat nykyisin myös yhä enemmän haasteita, jotka liittyvät suunniteltavien tuotteiden käyttäytymisen ymmärtämiseen ja sopivimman valmistustavan arvioimiseen jo suunnittelun aikana.
Onneksi CAD-integroidut optimointityökalut tarjoavat teknologian, jonka avulla voidaan nopeasti ja helposti laskea optimoitu muoto tietylle mallille. Ja koska suunnittelijoilla on mahdollisuus suorittaa nopeita optimointi-analyysejä, he voivat hyödyntää nopeasti myös uusia valmistustekniikoita ja täyttää suuremmat tuotekehityksen, innovoinnin ja suorituskyvyn asettamat vaatimukset.
Nimeni on Anders Wentzel ja työskentelen teknisenä asiantuntijana PLM Groupilla Tanskassa. Tämä blogikirjoitus on kirjoitettu sinulle, jos haluat:
- Työskennellä suunnittelijana tehokkaammin
- Tietää kuinka lasketaan vaihtoehtoisia muotoja mallillesi muutamalla napsautuksella
- Tietää, kuinka voit vähentää suunnittelemasi mallin painoa turvallisuudesta tinkimättä
Testaustyökalut tulevat SOLIDWORKS Simulation Professional– ja SOLIDWORKS Simulation Premium virtuaalisten testausohjelmistojen mukana.
Minimoi suunnittelemasi mallin materiaalin käyttö
Kuten aiemmin todettiin, suunnittelussa on otettava huomioon monia tekijöitä, ja yksi niistä on käytetyn materiaalin määrä. Suuri määrä käytettyä materiaalia nostaa yleensä lopputuotteen hintaa. Tämä voi johtua toimittajan yleisistä materiaalikustannuksista, lopputuotteen kokonaispainoon liittyvästä energian/polttoaineen kulutuksesta tai vaikeista tuotantomenetelmistä.
Tässä tilanteessa astuu esiin kykysi suunnittelijana, osaatko optimoida suunnittelemasi mallin. SOLIDWORKS Simulation tarjoaa erilaisia työkaluja optimointiin: Muotoilu- ja Topologia analyysit (Design and Topology studies). Nämä molemmat ottavat huomioon aikaisemmin tehdyt simulointitulokset. Voit asettaa erilaisia rajoituksia ja tavoitteita, kuten painonpudotus, suurin muodonmuutos tai turvallisuustekijät.
Pienennä mittoja muotoiluanalyysillä
Muotoiluanalyysit ovat loistava tapa pienentää mallin mittoja, kuten paksuutta tai pituutta, ja siten leikata ylimääräistä materiaalia tinkimättä kuitenkaan materiaalin kestävyydestä.
Otetaan esimerkiksi tämä hyllyn kannatin. Ensin se mallinnetaan, kuten mikä tahansa muu 3D-komponentti. Sen jälkeen kannattimelle tehdään simulaatioanalyysi, joka korostaa suunnittelun vahvuudet ja heikkoudet.
On selvää, että kappaleeseen kohdistettu 1500N (noin 150kg) kuorma ei tuota lähellekään materiaalivaurioita aiheuttavia jännityksiä (tuotto 27,5 MPa), joten tämä on loistava tilaisuus optimoida mallin muotoa.
Voisimme myös käyttää vain yrityksen ja erehdyksen lähestymistapaa, muuttaa joitain ulottuvuuksia yksitellen ja suorittaa aina välillä analyysejä. Mutta meillä on myös keinot sisällyttää samaan analyysiin useita käyttökelpoisia ulottuvuuksia ja suorittaa useita analyysejä vain muutamalla napsautuksella.
Tässä esimerkissä olemme määrittäneet kolme ulottuvuutta, jotka laitoimme SOLIDWORKSissa muuttumaan portaittain. Lisäksi lisäsimme rajoitteen maksimirasituksen muodossa. Tämä jännitys (25 MPa) on asetettu myötörajan alapuolelle, jotta malli ei petä kuormituksen alaisena. Lopuksi lisäsimme myös tavoitteen minimoida mallin massa.
Kaiken kaikkiaan nämä kolme vaiheista muuttujaa antavat kannattimesta105 erilaista mallia, joiden analysointia sitten jatketaan. Kun jatkolaskelmat on tehty, on helppo selata eri yhdistelmiä ja löytää suunnittelutarpeisiisi parhaiten sopiva muoto- punaisella näkyvät ne, jotka ylittivät rajoituksemme 25 MPa.
Lisäksi, koska asetimme tavoitteeksi minimoida massa, SOLIDWORKS esittelee meille optimaalisen muodon, joka silti täyttää rajoituksemme – Tässä esimerkissä se on yhdistelmä nro. 4 – Napsauttamalla sitä, saamme näkyviin muuttuneen ulkoasun. Joten, vain määrittämällä haluttuja muuttujia, on mahdollista saada SOLIDWORKS laskemaan useita erilaisia ehdotuksia mallista muutamalla napsautuksella.
Kun tarkastellaan kokonaispainonpudotusta, näemme pudotuksen 357,99 – 210,38 = 147,61 g.
Vähennä massaa topologia-analyysillä
Mitä tulee topologia-analyysiin, lopputavoite on suurin piirtein sama: Tuote suunnittellaan valmistusta varten minimoimalla massaa. Tätä lähestymistapaa käytettäessä lopputuloksena on kuitenkin usein elävämpi muoto, joka on mallinnettava jälkikäteen uudelleen hyvän lopputuloksen saamiseksi. Koska topologia-analyysin tulokset ovat juurikin elävämpiä, kannattaa harkita osien 3D-tulostusta, jos mahdollista.
Topologia-analyysi aloitetaan myös määrittelemällä joitakin lopputavoitteita – massan vähentäminen, jäykkyys ja/tai siirtymä. Mallista on myös mahdollista määritellä joitain alueita, joita SOLIDWORKS ei saa muuttaa, eli asennusreiät/pinnat, suunnittelussa tärkeät mitat tai muut merkittävät muuttujat.
Ennen laskentaa voidaan myös määritellä muotin purkamissuunta, mikä tarkoittaa, että analyysi pohtii, mihin suuntaan kappaleen pitäisi olla mahdollista irrottaa muotista, jos se valmistetaan sillä tavalla. Kun laskelma on valmis, voidaan tarkastella tuloksia. Kuten mainittiin, tämä tulos ei ole vielä valmis tuotantoon, ja komponentti voi olla tarpeen mallintaa analyysin jälkeen uudelleen.
Voit muokata mallin muotoa karkeammaksi tai tarkemmaksi vetämällä vasemmalla näkyviä liukusäätimiä.
Kun olet tyytyväinen, voit exportata mallista toisen tiedoston ja aloittaa 3D-tulostuksen tai jatkaa mallin kanssa työskentelyä.
Tässä uudelleen mallinnettu versio topologia-analyysin suorittamisen jälkeen.
Kiinnikkeen mallinnuksen jälkeen suoritimme aikaisemman simulaation uudelleen varmistaaksemme, että suunnittelumme täyttää edelleen suunnittelukriteerimme – mitä se tekeekin:
Tätä topologia-analyysiä käyttämällä suunnittelemamme mallin massa on pienentynyt 357,99 – 206,79 = 151,2 g
Saavuta optimaalinen muotoilu ilman kompromisseja
Vaikka nämä kaksi edellä kuvattua menetelmää auttavat optimoimaan suunnittelua, ne tekevät sen eri tavoilla:
- Muotoiluanalyysi käyttää olemassa olevia mittoja, niin montaa kuin halutaan, ja muokkaa niitä toiveiden mukaan ja esittelee kappaleen optimaalisen muodon.
- Topologia-analyysi käsittelee luotua mallia ja pyrkii poistamaan siitä mahdollisimman paljon materiaalia vaarantamatta mallin eheyttä.
Molemmat ovat käyttökelpoisia työkaluja optimointiprosessissa käytettäviksi, ja niiden avulla suunnittelijat voivat täyttää odotukset täydellisimmistä suunnitelmista.
Testaustyökalujen avulla voidaan luoda kevyempiä ja laadukkaampia suunnittelu malleja nopeammin, koska työkaluja voidaan käyttää suunnittelun apuna alusta alkaen.
