Polimer szerkezeti alkatrész helyettesítése generatív tervezésű és 3D nyomtatott fém alkatrésszel

Polimer szerkezeti alkatrész helyettesítése generatív tervezésű és 3D nyomtatott fém alkatrésszel

Markovits Tamás1*, Erőss László Dániel1

1 Gépjárműtechnológia Tanszék, Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1111 Magyarország Budapest Műegyetem rkp. 3.

*Felelős konzulens: markovits.tamas@kjk.bme.hu

Kulcsszavak:

generatív tervezés, addítiv gyártástechnológia, LPBF, Ti6Al4V, súlycsökkentés, feszültség analízis

Kivonat:

Ez a kutatás egy drón kameratartó rendszer egy teherviselő elemének áttervezésével foglalkozik, melyhez kombináltuk egy generatív tervezésre alkalmas CAD szoftverben- és a szelektív lézeres olvasztás (röviden: SLM) 3D nyomtatási módszerben rejlő lehetőségeket. Megvizsgáltuk annak lehetőségét, hogy az eredeti PA6 polimer alkatrész helyettesíthető-e egy 3D nyomtatott fém alkatrésszel (ebben az esetben Ti6Al4V ötvözet), amely kisebb súlyú és nagyobb teherbírású.

A generatív tervezés egy iteráción- és a véges elemes metóduson alapuló tervezőeszköz. Ezzel a technológiával egy adott alkatrésszel szemben további versenyelőnyt biztosíthatunk, kisebb tömeggel, nagyobb biztonsági tényezővel és nagyobb teherbírással. A szerkezeti alkatrészek fejlesztése során egyre elterjedtebbek azok a módszerek, amelyek célzott megoldást tudnak nyújtani egy adott kihívásra. A generatív tervezés és a 3D nyomtatási technológia két ilyen módszer. A két módszer kombinálásával olyan új alkatrészmegoldások fejleszthetők ki, amelyek korábban nem léteztek.

Az egyes esetekre vonatkozó belső feszültségértékek- és a tömegek nagyságának meghatározásával, valamint a több fázisban kapott generatív tervezési eredmények összehasonlításával sikerült olyan megoldást találnunk, amellyel az eredeti alkatrész kiváltható.

A generatív tervezőeszköz egy új technológia, melynek eredményeit gyakran csak az additív gyártástechnológiával lehet létrehozására. Megvizsgáltuk a generatív tervezés különböző paramétereinek hatását is. A generatív szoftverben használt paraméterek nagyon eltérő megoldásokat adnak a beállított paraméterektől függően. Az erők nagysága viszonylag kis hatással van az eredményekre, de az erők egymáshoz viszonyított nagyságának különbsége, ezzel ellentétesen, erőteljesen átformázza az eredményeket. Az erővektor iránya szintén fontos paraméter volt. Az egyszerűbb kiindulási geometria és a bonyolultabb kizárt geometria jobb megoldást nyújt, mint ennek fordítottja. A szoftvert a kívánt megoldás eléréséhez a paraméterek változtatásával szükséges irányítani. Az optimalizálás tehát még nem teljesen automatikus.

A vizsgált alkatrész esetében a PA6 polimer anyagú alkatrész helyettesíthető az újonnan kifejlesztett, titánból készülttel, amely kisebb súlyú, nagyobb teherbírású vagy nagyobb biztonsági tényezőjű. Miután az elfogadható eredmény rendelkezésre állt, előkészítettük az alkatrészt nyomtatásra.

szerző

• 
  Erőss László Dániel
  Járműmérnöki
  mesterképzés (MA/MSc), nappali

konzulens

• 
  Dr. Markovits Tamás
  egyetemi docens, Gépjárműtechnológia Tanszék:

helyezés