最近的一篇论文发表在杂志上加法制造证明拓扑优化()的三维(3 d)印刷混凝土施工。
研究:拓扑优化3 d混凝土印刷各种制造约束。图片来源:Zapp2Photo / Shutterstock.com
背景
加法制造(点)/ 3 d打印技术允许在一层复杂的设计制造过程,提高设计的灵活性在几何。是用于不同的工业领域,如汽车、生物医学、航空航天。
最近,我得到了相当大的关注使自由格式的架构设计和自动化,工程与施工(AEC)行业。在各种策略,3 d印刷(3 dcp)混凝土中迅速获得突出的AEC行业建设的大规模结构挤压水泥基材料。欧洲杯足球竞彩例如,3 dcp被用来构造3 d具体印刷墙壁,truss-shaped支柱,和定制的列。
在规定的设计条件下优化结构布局。结构效率低下的地区设计正逐渐消除使用一个迭代过程改进设计。不同的方法,包括固体各向同性材料与处罚(笨人)方法,均匀化方法,双向ESO (BESO)方法,水平集方法,移动morphable组件(MMC)方法和渐进结构优化(ESO)方法,目前使用的结构。
自由设计允许通过我兼容的概念。因此,之间的集成和3 dcp可以帮助制造结构高效的大规模建设和空间有趣的结构。然而,3 dcp-to集成还拥有一些挑战,必须解决之前实施。
例如,悬臂结构可以失去自立的能力由于引力如果他们过剩的角度,通常范围从70年o到90年o根据应用程序,超过了最大限制。同样,印刷结构显示一个各向异性结构的行为,和他们的表面很容易由于收缩裂缝由于3 dcp的本质。
此外,兼容的强化策略,包括微缆和纤维增强、钢筋网,酒吧渗透必须探索将增援在拉伸区域。此外,3 dcp需要连续打印,防止喷嘴堵塞由于材料凝固的同时停操作极其困难与单独的打印机喷嘴运动系统和供料系统。
这些制造约束通常解决在后处理阶段,需要额外设计工作和重大修改,影响的结构效率topology-optimized设计。因此,一个明确的框架结合不同3 dcp制造约束要求成功地促进这些领域之间的集成。
这项研究
在这项研究中,一个集成框架提出了解决不同3 dcp制造约束。自营设计生成通过引入layer-wise敏感性计划复制分层技术印刷过程。
BESO过程是利用在本研究中由于其兼容性与图像处理策略使用良好的计算效率和二进制变量。数值研究进行了评估的有效性和鲁棒性算法基于基准悬臂例子广泛用于研究。在实验部分,算法在实际应用的可行性进行了实验,制造使用3 dcp主持。
指定不同的印刷设计,生成的设计是在每次迭代中保持连续和垂直对齐。每一层的几何连续性是确保通过实现一个创新的连续挤压约束,导致连续挤压和运动的3 dcp制造过程中喷嘴。
域的细分结构,类似于模块化建设的概念,提出了允许良好的打印在每段和模块化的建设方向。3 dcp各向异性行为也模拟考虑横向各向同性材料模型框架的有限元分析(FEA)。
观察
创新型BESO框架是证明地址数3 dcp制造约束。3 dcp过剩角限制layer-wise灵敏度很满意的方案。垂直对齐的优化设计是保证印刷的方向,导致用户定义自营结构取向。替代方案与使用自立也获得了类似的性能约束。
绕过了过剩限制域分割。3 dcp过程模拟各向异性在优化过程中有效地使用横向各向同性材料模型。虽然3 dcp印刷各向异性导致优化设计,变化的主要结构元素保持不变。
小说的实现连续挤压约束的框架促进连续打印操作。最短的路线是位于最小距离原则,根据连通区域标记算法。
优化设计实现了全球几何连续性的相互关联的二维(2 d)几何在每一层。连续挤压约束成功与偏远地区在每一层没有明显影响的结构性能设计。
连续刀具轨迹算法和连续挤压的组合约束允许topology-optimized设计具有良好的加工效率和印刷质量。然而,设计低体积分数被修改在后处理解决喷嘴大小限制。
topology-optimized椅子印刷成功基于该算法,证明了算法的鲁棒性的解决在实际设计环境中不同的3 d制造约束。
总而言之,本研究的结果有效地证明3 dcp与不同制造约束。应力约束可以集成到框架在将来的研究中获得一个更精确的模拟。
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源
Bi, M。夏,L。Tran, P。等。拓扑优化3 d混凝土印刷各种制造约束。加法制造2022年。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S221486042200375X?via%3Dihub
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