Belső tartószerkezetek optimalizálása a térbeli Voronoj-cellák segítségével
Az additív gyártástechnológiák népszerűsége töretlen, legyen szó fogyasztói vagy akár ipari felhasználásról. Az asztali ömledékrétegezés (FDM) eljárásán alapuló szálas nyomtatókat az egyre olcsóbb egylapos számítógépeknek – pl. Arduino, Raspberry Pi – köszönhetően gyakorlatilag bárki megépítheti otthon az interneten rendelkezésre álló részletes dokumentációk segítségével.
A „3D nyomtatás” a legtöbb ember számára a gyors prototípusgyártást és a kisszériás- és egyedi darabok elkészítését jelenti. Ám számos előnnyel kecsegtet ez a módszer a szubsztraktív gyártástechnológiákkal szemben, ezért a tömeggyártásban is van jövője. Az egyik ilyen lehetőség az alkatrész belső vázszerkezettel – „lattice”-szal – való ellátása. Mi sem mutatja jobban a rácsszerkezetek generálásának növekvő fontosságát, minthogy már a jól ismert CAD rendszereinkbe integrálva is megtalálhatóak lattice-optimalizáló modulok.
Dolgozatomban a jelenleg rendelkezésre álló szoftverek vizsgálata mellett új megközelítéssel, a térbeli Voronoj-cellák alkalmazásával és a Monte-Carlo-módszer segítségével mutatom be a belső tartószerkezetek optimalizálását.
A természetben számos helyen megtalálhatóak a Voronoj-cellák, például a csontok szivacsos belső szerkezetében, vagy a különféle könnyűfák törzsében. A különböző méretű és alakú üregek biztosítják az optimális anyageloszlást az adott feszültségnek való ellenállás mellett, így maximalizálva pl. az éltető napfényhez szükséges felületet.
A Voronoj-cellákat a Rhinoceros NURBS-modellező program Grasshopper nevű algoritmikus modellező moduljában lehet létrehozni úgy, hogy a klasszikus CAD programokkal is feldolgozható legyen. Az algoritmikus modellezési paradigmának köszönhetően tetszőleges számú véletlenszerű tartószerkezet generálható, az így elkészült modellek pedig végeselemes módszerrel értékelhetők. A Monte-Carlo-módszer szerint megfelelő számú eredmény birtokában már kiválasztható az adott geometriához és terhelés tartozó optimális megoldás. Ezen megoldás kerül összehasonlításra a gyári algoritmusokkal elkészített hálókkal.
szerző
-
Solti Márton
Egyéb hazai egyetem
konzulens
-
Dr. Piros Attila
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék
