Generatív tervezés és additív gyártástechnológia alkalmazása Formula Student veresnyautó alkatrészeknél
A jelenleg világban zajló folyamatok, a fenntartható fejlődés irányelvei, a nyersanyagforrások kiapadásának fenyegető közelsége, a rohamos ütemben növekvő népesség és az ezzel együtt növekvő energiafelhasználás egyértelműen azt az irányt vetíti előre, amelyben nincs helye elpocsékolt nyersanyagnak, és túlméretezett alkatrészeknek. Ezen célok elérésére megfelelő megoldást jelenthetnek a generatív tervezési eljárások, illetve az ehhez szorosan kapcsolható additív gyártástechnológiák [1].
Dolgozatomban egy valós probléma megoldásán keresztül mutatom be a fémnyomtatásban és a generatív tervezésben rejlő lehetőségeket a jelenleg elterjedt hagyományos tervezési és gyártástechnológiákkal összehasonlítva. Az említett probléma egy alkatrész tömegcsökkentését célzó áttervezési feladat lett, amely a BME Formula Racing Team versenyautójának egyik futómű alkatrészét célozta. Mindezt a generatív tervezés és a topológiai optimalizáció eszközeivel, fémes SLM (selective laser melting) additív gyártástechnológiát alkalmazva. A dolgozatban az alkatrész megszületésének három kritikus fejezetén vezetem végig az olvasót. Ezek sorban a tervezési fázis, melyet a dolgozatban a generatív tervezés/topológiai optimalizáció és FEA (finite element analysis) felhasználásával valósítottam meg. A gyártástechnológiai fázis, ahol a fémnyomtatás technológiája kerül bemutatásra. Illetve a szilárdságtani ellenőrzési (statikus vizsgálat, dinamikus tesztek a ZalaZone tesztpályán), validációs fázis, ahol az elkészült alkatrész terheléseknek való ellenállását vizsgáltam. Erre azért volt szükség, mert egy esetleges menet közbeni tönkremenetel komoly károkat okozna a jármű többi fontos alkatrészében, balesetveszélynek téve ki a pilótát is.
Dolgozatom jelentősségét a SLM nyomtatás technológiai és a topológiai optimalizáció összekapcsolása jelenti ezen a gyakorlati példán keresztül, aminek a dokumentációját olvasva a laikus felhasználó is értékes tapasztalatokat szerezhet egy ilyen jellegű tervezési probléma megoldására. Ezek a külön-külön is igen frissnek mondható gyártási, illetve tervezésmódszertani megközelítések, hatalmas, kiaknázatlan potenciállal, innovatív értékkel rendelkeznek, melyek az iparba még csak most kezdek beszivárogni [2]. Éppen ezért a tervezési és validálási módszertana még sokszor hiányosan dokumentált a kapcsolódó szakirodalmakban is, ami plusz motivációt adott a feladatok elvégzéhez.
Irodalom:
[1] https://www.digitalengineering247.com/article/when-generative-design-and-additive-manufacturing-come-together/ (2021.09.30.)
[2] Briard, T., Segonds, F., Zamariola, N.: G‑DfAM: a methodological proposal of generative design for additive manufacturing in the automotive industry. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). 10.1007/s12008-020-00669-6. (2020).
