Βελτιστοποίηση σχεδιασμού εξαρτημάτων με την αξιοποίηση των πεπερασμένων στοιχείων και της προσθετικής κατασκευής
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2025-09-02
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Επιβλέπων
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην βελτιστοποίηση σχεδιασμού εξαρτημάτων, με την αξιοποίηση των πεπερασμένων στοιχείων και της προσθετικής κατασκευής.
Το πρώτο κεφάλαιο αφορά την προσθετική κατασκευή. Αναφέρεται η ιστορική αναδρομή της, καθώς και το τί είναι η προσθετική κατασκευή. Έπειτα, αναλύονται το ποιες είναι οι χρήσεις, τόσο της ίδιας όσο και των παραγόμενων αντικειμένων της. Αφού αναφερθούν κάποιες γενικές πληροφορίες όσον αφορά τις διεργασίες της προσθετικής κατασκευής, αλλά και οι μοναδικές ιδιότητες που διαθέτουν, καταγράφονται τα βασικά βήματα για την χρήση της.
Το δεύτερο κεφάλαιο είναι αφιερωμένο στα μηχανήματα της προσθετικής κατασκευής, όπου αναλύεται η λειτουργία κάθε είδους μηχανήματος. Επίσης, καταγράφονται τα υλικά και οι δυνατότητες που έχει το κάθε μηχάνημα ανά είδος. Τα μηχανήματα που αναλύονται είναι τα Συστήματα εξώθησης υλικού, Φωτοπολυμερισμού σε κάδο, Διεργασίας σύντηξης πούδρας σε κλίνη και Διεργασίας εναπόθεσης υλικού με κατευθυνόμενη ενεργειακή δέσμη. Τέλος, γίνεται μία αναφορά στην Αντίστροφη μηχανική.
Το τρίτο κεφάλαιο, αφορά κυρίως τον σχεδιασμό εξαρτημάτων για προσθετική κατασκευή. Περιέχει την εξέλιξη του σχεδιασμού για παραγωγή και συναρμολόγηση και το πως αυτός εξελίχθηκε στον σχεδιασμό εξαρτημάτων για προσθετική κατασκευή. Έτσι, στο σημείο αυτό, παρουσιάζονται οι καινούριες ιδιότητες που κατακτήθηκαν με αυτήν την αναβάθμιση, όπως είναι οι πολυλειτουργικές σχεδιαστικές λύσεις, η ενοποίηση κομματιών και η πολύπλοκη γεωμετρική μορφή. Τέλος, παρουσιάζονται κάποια συστήματα CAD στερεάς μοντελοποίησης και οι δυνατότητες τους.
Στο τέταρτο κεφάλαιο, αναλύεται η μέθοδος κατασκευής με τον συνδυασμό CAD στερεάς μοντελοποίησης και των πεπερασμένων στοιχείων και το πως από αυτόν τον συνδυασμό, έφτασε στην τοπολογική βελτιστοποίηση. Έπειτα, αναλύονται οι τρόποι, οι μέθοδοι, η λογική και τα πλεονεκτήματα της τοπολογικής βελτιστοποίησης, εφόσον πιο πρώτα έχει αναφερθεί αναλυτικά το τι σημαίνει ΄΄Τοπολογική Βελτιστοποίηση΄΄.
Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο, δίνεται ένα πρακτικό παράδειγμα εφαρμογής της τοπολογικής βελτιστοποίησης με την χρήση δύο διαφορετικών λογισμικών. Αρχικά, εξηγείται ο σκοπός του πειράματος που λαμβάνει χώρα στην παρούσα εργασία και έπειτα αναφέρονται τα εργαλεία (και τα ψηφιακά, π.χ. λογισμικά, και τα φυσικά, π.χ. μηχανήματα) που χρησιμοποιήθηκαν. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται αναλυτικά, βήμα βήμα η πορεία της μελέτης καταλήγοντας στα συμπεράσματα που προέκυψαν από την τοπολογική βελτιστοποίηση συνδυασμένη με την αντίστροφη μηχανική.
This content of this thesis is the design optimization of mechanical parts using finite element analysis and their production through additive manufacturing methods. Beyond the measurement results and theoretical analysis, this thesis has an additional target: to help the reader understand the logic of CAD-based design process, the fundamental concepts of the additive manufacturing, and the process of design optimization. All of the above will enable the reader to conduct more targeted and effective research if they need to explore any of these topics further. The first chapter presents the chronology of additive manufacturing and its description. Additionally, it discusses the uses of products created by additive manufacturing machines. This chapter also covers the advantages of additive manufacturing, its unique properties, general information, and the basic steps of 3D printing. The second chapter analyzes the four most commonly used additive manufacturing methods, explaining how they work, their production speed, the materials that can be used and their various applications. Finally, in this chapter, there is some general information about what reverse engineering is, how it can be used for production and the design optimization of the resulting products. The third chapter explores the concept of Design for Manufacturing and Assembly (DFMA), the evolution of DFMA into Design for Additive Manufacturing (DFAM), and an explanation of DFAM itself. Additionally, it defines key terms such as “complicated geometrical form", “intergraded / integrated assemblies”, “personalized geometrical form” while also presenting some multifunctional solutions. In the end of this chapter there is the removal of restrictions of DFMA, the meaning of “reformation with consolidation of parts”, some new requirements in CAD systems, and a conclusion with a short introduction about CAD systems. The fourth chapter is about the design optimization (DO). First of all, there is the chronology of DO, followed by analysis and comparison of various DO methods and their advantages and applications. The fifth and final chapter provides a more detailed overview of the thesis targets. Then it describes the software used, followed by the application of design optimization in selected mechanical parts. Next, the results of the optimization process are recorded and compared. Finally, the conclusions made by all of the above present the important findings of this thesis.
This content of this thesis is the design optimization of mechanical parts using finite element analysis and their production through additive manufacturing methods. Beyond the measurement results and theoretical analysis, this thesis has an additional target: to help the reader understand the logic of CAD-based design process, the fundamental concepts of the additive manufacturing, and the process of design optimization. All of the above will enable the reader to conduct more targeted and effective research if they need to explore any of these topics further. The first chapter presents the chronology of additive manufacturing and its description. Additionally, it discusses the uses of products created by additive manufacturing machines. This chapter also covers the advantages of additive manufacturing, its unique properties, general information, and the basic steps of 3D printing. The second chapter analyzes the four most commonly used additive manufacturing methods, explaining how they work, their production speed, the materials that can be used and their various applications. Finally, in this chapter, there is some general information about what reverse engineering is, how it can be used for production and the design optimization of the resulting products. The third chapter explores the concept of Design for Manufacturing and Assembly (DFMA), the evolution of DFMA into Design for Additive Manufacturing (DFAM), and an explanation of DFAM itself. Additionally, it defines key terms such as “complicated geometrical form", “intergraded / integrated assemblies”, “personalized geometrical form” while also presenting some multifunctional solutions. In the end of this chapter there is the removal of restrictions of DFMA, the meaning of “reformation with consolidation of parts”, some new requirements in CAD systems, and a conclusion with a short introduction about CAD systems. The fourth chapter is about the design optimization (DO). First of all, there is the chronology of DO, followed by analysis and comparison of various DO methods and their advantages and applications. The fifth and final chapter provides a more detailed overview of the thesis targets. Then it describes the software used, followed by the application of design optimization in selected mechanical parts. Next, the results of the optimization process are recorded and compared. Finally, the conclusions made by all of the above present the important findings of this thesis.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Πεπερασμένα στοιχεία, Βελτιστοποίηση τοπολογίας, Τρισδιάστατη εκτύπωση, Finite elements, Topology optimization, Three-dimensional (3D) printing