TÍNH NĂNG THIẾT KẾ CẤU TRÚC MẠNG TINH THỂ PHỨC TẠP MỚI ĐƯỢC NÂNG CẤP TRONG NX DESIGN

Bài viết này đến từ Hannah Pinales – sinh viên hợp tác chiến lược trong tổ chức Product Engineering Software tại Siemens Digital Industries.

Ngày nay, cuộc sống của con người càng được nâng cao nhờ cuộc cách mạng công nghiệp với đầy đủ các tiến bộ khoa học kỹ thuật. Thế giới đang dần chuyển mình bằng cách chú trọng sự bền vững trong thiết kế trước tác động của môi trường. Cuộc cách mạng này phổ biến trong tất cả các ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành ô tô, hàng không vũ trụ, năng lượng, và các lĩnh vực y sinh. Mặc dù mỗi ngành công nghiệp sẽ tương ứng với các thị trường, sản phẩm và cách đổi mới khác nhau. Nhưng tất cả đều có một đặc điểm chung – đó là sản xuất. Và chiếc chìa khóa để hoàn thành mục đích thiết kế là đảm bảo quy trình sản xuất bền vững.

Tại Siemens DISW, chúng tôi cho phép người dùng áp dụng các dự án của họ vào các công cụ sáng tạo mới để hiện đại hóa các giải pháp và quy trình. Chúng tôi tự tin trong việc đi đầu quá trình đổi mới bền vững bằng cách phát triển quy trình làm việc vòng đời sản xuất bồi đắp đầy đủ. Dễ dàng biến ý tưởng của bạn thành hiện thực trong thời gian ngắn kỷ lục. Mọi thứ đều trong tầm tay khi sử dụng NX thiết kế nâng cấp cho các tính năng sản xuất bồi đắp, tích hợp đa cơ, mô phỏng nâng cao và tiếp tục phát triển HEEDS (một phần mềm khám phá và tối ưu hóa không gian thiết kế).

Đây là bài viết đầu tiên trong số 5 bài viết về quy trình làm việc đầy đủ của vòng đời sản xuất mà Siemens DISW mong muốn trang bị cho doanh nghiệp của bạn.

Công cụ đầu tiên cho phép người dùng là khả năng Thiết kế cấu trúc mạng lưới NX mới được nâng cao. Nằm trong NX Design for Additive, đây là một mô-đun bổ sung tùy chọn cho NX giúp người dùng hợp lý hóa việc tạo các cấu trúc mạng tinh thể phức tạp. Lấy cảm hứng từ sự hình thành tinh thể tự nhiên, mạng tinh thể là sự sắp xếp lặp lại của các cấu trúc vi mô hai hoặc ba chiều.

Các cấu trúc vi mô này chứa một mạng lưới chùm, còn được gọi là thanh chống và các nút, hoặc các quả bóng. Với sự gia tăng của các công nghệ sản xuất bồi đắp, các kỹ thuật cấu trúc mạng tinh thể ngày càng phát triển về chức năng và tính phổ biến. Bản chất có thể điều chỉnh của mạng lưới cho phép các kỹ sư tuỳ chỉnh thiết kế để phù hợp với ứng dụng của họ.

Tích hợp mạng tinh thể trong thiết kế cho phép giảm khối lượng đáng kể, do đó giảm chi phí liên quan đến các nguồn lực cần thiết, quy trình gia công, vận chuyển và tiêu thụ năng lượng. Trong khi sản xuất bồi đắp làm giảm lãng phí vật liệu bằng cách loại bỏ nhu cầu bổ sung sản phẩm phụ của dụng cụ, việc kết hợp các cấu trúc mạng tinh thể trong thiết kế cho phép bảo tồn độ xốp của vật liệu.

Các thiết kế phù hợp với hiệu suất do các mạng có độ cứng thấp và khả năng chịu đựng và phục hồi các biến dạng lớn. Chúng bảo vệ sản phẩm bằng cách hỗ trợ hấp thụ năng lượng va chạm và rung động mạnh. Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng có thể được nâng cao đáng kể và kéo dài tuổi thọ của cấu trúc/ độ bền có thể được cải thiện thông qua mô phỏng ảo và thử nghiệm vật liệu của các thiết kế mạng bằng Multimechanics và HEED – sẽ được khám phá trong các bài viết trong tương lai.

Hiểu được những lợi ích mà kỹ thuật mạng mang lại cho thiết kế, Siemens NX trang bị cho người dùng ba bộ lệnh về cấu trúc mạng: cấu trúc dựa trên đồ thị, cấu trúc mạng tinh thể và cấu trúc bề mặt tối thiểu tuần hoàn ba lần. Mỗi cấu trúc phục vụ một mục đích riêng và cũng có những lợi ích riêng.

Cấu trúc mạng với các ô đơn vị dựa trên bề mặt tối thiểu tuần hoàn ba lần (TPMS) không có các giao điểm và có cấu trúc liên kết được tạo ra bởi các phương trình toán học. Ví dụ về các cấu trúc như vậy bao gồm con quay hồi chuyển Schoen, kim cương Schwarz và Neovius. Các cấu trúc TPMS thường tự hỗ trợ và cung cấp khả năng hấp thụ năng lượng lớn. Dưới đây là một vài ví dụ về cấu trúc TPMS.

Hình 1. Các ô đơn vị bề mặt tối thiểu ba lần: (A) Con quay hồi chuyển Schoen, (B) Kim cương Schwarz, (C) Neovius

Cấu trúc mạng lưới tinh thể cho phép người dùng tạo mô hình lặp lại ba chiều của trong một chi tiết. Với khả năng và sự kết hợp vô tận, tùy chọn này cho phép thiết kế linh hoạt và dễ dàng tùy chỉnh. Ví dụ về cấu trúc mạng tinh thể có thể được nhìn thấy dưới đây trong Hình 2.

Hình 2. Các ứng dụng Body Lattice mà NX trang bị cho người dùng để thiết kế đúng mục đích

Các cấu trúc dựa trên đồ thị là kiểu mạng được nhắc đến nhiều nhất, bao gồm các cấu hình bóng tessellating và thanh chống. Có nhiều cách sắp xếp ô và mỗi ô đều giữ các đặc tính cấu trúc và nhiệt độc quyền để đổi mới thiết kế. Dưới đây là một vài ví dụ về cấu trúc dựa trên đồ thị, trong Hình 3.

Hình 3. Cấu trúc mạng tinh thể dựa trên đồ thị: (A) BCC, (B) BCCZ, (C) FCC, (D) FCCZ

Với kiến thức về cấu trúc mạng lưới là gì và khả năng tối ưu hóa các thiết kế bền vững của chúng, chúng ta sẽ xem xét một ví dụ về cách cấu trúc mạng tinh thể có thể được thực hiện trong sản xuất để đẩy nhanh các quy trình được sử dụng để tạo ra các chi tết trong mọi ngành công nghiệp.

Phần được hiển thị là một khuôn ép phun được thiết kế bằng cách sử dụng các phương pháp gia công truyền thống. Trong quá trình thực hiện, phần này sẽ được thiết kế lại cho sản xuất bồi đắp. Những thay đổi này như một công cụ thân thiện với môi trường được thiết kế và sản xuất trong thời gian ngắn hơn, với trọng lượng chi tiết giảm và đặc tính cấu trúc tốt hơn để tăng tuổi thọ.

Các khả năng của NX được sử dụng, chẳng hạn như các chức năng mô hình hóa đồng bộ và ngầm định giúp cho việc thiết kế và thiết kế lại các chi tiết trở nên dễ dàng. Mô hình hóa ngầm cho phép tạo ra các thiết kế chi tiết chắc chắn hơn trong thời gian ngắn so với mô hình hóa truyền thống. Với khả năng mô hình hóa ngầm, phần này chỉ mất vài phút chứ không phải hàng giờ.

Hình 4. Thực hiện mô hình hóa ngầm định và cấu trúc mạng trong khuôn ép phun

Như bạn thấy, hai loại mạng sẽ được áp dụng cho khoang bên trong của chi tiết, được hiển thị trong Hình 3. Mạng tinh thể đầu tiên được chọn là cấu trúc Quad-Diametral (BCC) với chiều dài cạnh là 6 mm và chiều dài thanh là 1 mm. Các quả bóng không được kết hợp nhưng có thể được thêm vào các thanh chống giao nhau để tăng đặc tính cấu trúc.

Thiết lập bản in bản dựng tốt nhất và các phần lưới bị ngắt kết nối được loại bỏ khi cần thiết. Nếu bạn đã từng mất hàng tháng để thiết kế, thì bây giờ chỉ mất vài phút với ba bước đơn giản này. Loại mạng tinh thể thứ hai được áp dụng là cấu trúc TPMS kim cương.

Mạng tinh thể này được áp dụng để so sánh với cấu trúc mạng đồ thị BCC. Sau khi so sánh cả hai, mạng BCC được áp dụng cho khoang mở, nó được thống nhất bằng cách sử dụng các lệnh Boolean trong menu mô hình nhà NX.

Với việc tạo các cấu trúc mạng tinh thể nâng cao đơn trong NX, bạn sẽ có thể thiết kế cho mục đích và hiện đại hóa các quy trình sản xuất. Vẫn còn thiếu thuyết phục? Đừng lo, hãy theo dõi bài viết tiếp theo về thiết kế cho Mục đích, chúng tôi sẽ đi sâu vào giai đoạn sau của giải pháp bắt đầu đến kết thúc bằng cách áp dụng các đặc tính cấu trúc của mạng tinh thể ở cấp độ vi mô để xác định cách thức và vị trí thiết kế nào dễ thất bại.

Thật thần thánh quá phải không? Bạn có thể nghĩ rằng điều này thật sự “quá xa vời thực tế”, Trong bài viết tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu các khả năng của NX Multimechanics và đi sâu vào quy trình làm việc và những lợi ích mà Multimechanics có so với các tùy chọn kiểm tra vật liệu truyền thống.

Nguồn: Siemens

 

Leave a Reply

Your email address will not be published.