Есть три основных принципа, которые применимы в проектировании для аддитивного производства: консолидация, геометрическая свобода и биомимикрия. В этой статье мы расскажем подробнее о каждом из них.

Консолидация.

Многочисленные преимущества 3д печати связаны с уменьшением количества деталей в сборке, что ускоряет производство и снижает затраты. Консолидированные узлы также демонстрируют повышенную долговечность благодаря меньшему количеству швов и более жестких допусков, а уменьшенная поверхность взаимодействия означает меньшую вибрацию и меньшее количество утечек. Также обычно происходит снижение веса, в том числе и из-за того, что нет необходимости использовать крепежные элементы, такие как гайки и болты.


Одним из лучших примеров консолидации является двигатель Catalyst Advanced Turboprop от GE, который был сокращен с колоссальных 852 компонентов до 12! И это при том, что была напечатана только четверть деталей. Новая конструкция сжигает на 1% меньше топлива и весит на 5% меньше, что является значительным улучшением для двигателя, созданного для самолетов.

В Airbus также использовали 3D печать для объединения. Они уменьшили количество гидравлических компонент с 10 до 1, сократив вес на 35%. Сложная система трубопроводов с большим числом поперечных отверстий была полностью исключена, что облегчило обслуживание. Деталь уже была успешно опробована в испытательном полете на A380.

Геометрическая свобода.

Свобода изготавливать детали в форме, которая наилучшим образом соответствует целям, является уникальным преимуществом 3D печати. Когда инженеры могут свободно определять форму компонентов, они будут иметь меньше точек напряжения, меньшие размеры и превосходные механические свойства. Кроме того, они могут использовать генеративные инструменты проектирования и оптимизации топологии. Данные инструменты позволяют устанавливать параметры детали, такие как точки крепления и нагрузку без указания формы объекта, ведь геометрия генерируется ИИ и проходит серию симуляций для выбора оптимального дизайна.

Например, GM и Autodesk использовали в Fusion360 генеративные средства проектирования, чтобы создать крепление для автомобильного сиденья, которое объединяет восемь различных частей в одну — оно весит на 40% меньше и на 20% прочнее.


Биомимикрия.

Это концепция улучшения функциональности путем включения элементов биологических систем, потому что у природы было несколько миллиардов лет, чтобы специализировать определенные функции благодаря процессу эволюции. Одним из лучших примеров этого является самолет, крылья которого имеют форму и изгибаются как и крылья птиц. Например, тот же Airbus использует напечатанные перегородки, которые смоделированы по образцу костей.

Исследователи из инженерного колледжа Северо-Восточного университета нашли вдохновение в чешуе рыб для своих бронежилетов. Для их проекта одинаково важны геометрия и гибкость, поэтому 3D печать была их единственным производственным вариантом.

Независимо от того, пытаются ли инженеры сократить объем деталей, повысить производительность или расширить функциональность, они используют принципы проектирования для оптимизации общей эффективности изготовления деталей с использованием AM.