Топологическая оптимизация балки оси X принтера Hercules

Система балки оси Х играет ключевую роль в обеспечении стабильности, точности и надежности в процессе печати. Методы оптимизации прочности и топологии предлагают перспективные способы повышения структурной целостности, снижения веса и улучшения общих характеристик балки 3D-принтерa Hercules. Используя передовые вычислительные ин- струменты и методики, инженеры могут проанализировать и оптимизировать конструкцию прутка, что приведет к повышению эффективности и улучшению качества печати.

Перейдем к геометрической оптимизации геометрии балки [2]. Генерируем модель в модуль Ansys Workbench (рис. 1).

Рис.1. 3П-модель балки

После того как деталь полностью   окончательно сформированную модель, нагружена и закреплена, мы получаем    готовую к расчетам (рис. 2) [3].

Рис.2. Расчетная модель

Теперь, имея полностью нагруженную и закрепленную модель, мы можем приступить к расчетам. Перед началом расчета необходимо настроить параметры для рас- чета детали. После завершения расчета модели мы получаем результаты. На рисунке 3 показано поле распределения деформации.

Рис. 3. Поле распределения деформаций балки

Затем выбираем критерий, который будет использоваться для оптимизации, выбирая критерий массы в диапазоне от 25% до 50%. Затем соединяем все отделенные части на вкладке "Geometry" [4]. Полученная деталь после топологической оптимизации представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Полученная 3П-модель

Далее мы проводим расчеты для данной конструкции, используя три различных материала: легированную сталь 40X, конструкционную сталь Ст3сп и алюминие- вый сплав АМг3. Мы начинаем с расчета свойств материала АМг3-.

После того, как деталь полностью загружена и закреплена, у нас есть готовая модель для расчетов (рис. 5) [5].

• A: Static Structural

28.05.2023 14:13

Static Structural

Time: 1, $

Q Standard Earth Gravity. 9806,6 mm/s*

PJ Acceleration: 3000, mm/j'

J| Fixed Support

Рис. 5. Расчетная модель

Также произведем расчет двух конструкций балок: проведя вручную изменения в геометрии и не внося изменения в

геометрию. Данные модели показаны на рисунке 6.

Рис. 6. 3D- модель балки

Полученные расчеты отразим в таблице 1.

Таблица 1. Полученные расчеты

№	Модель балки	Поле распределение деформации, мм	Поле распределения эквивалентных деформаций, МПа	Поле распределения упругих эквивалентных деформаций, МПа	КЗСП балки
Отсутствует вмешательство в геометрию
1	АМг3	0,068012	0,00027622	18,078	6,638
2	Сталь Ст3сп	0,04674	0,00015464	28,69	8,7137
3	Сталь 40х	0,045573	0,00014865	28,962	12,085
Ручное изменение геометрии
4	АМг3	0,058752	0,00023492	15,891	7,5517
5	Сталь Ст3сп	0,040202	0,00014012	26,469	9,445
6	Сталь 40х	0,042915	0,00014021	27,015	12,956
Изменение геометрии с помощью модуля « Topological optimization» в Ansys Workbench
7	АМг3	0,061741	0,00026015	18,059	6,645
8	Сталь Ст3сп	0,04223	0,00015028	29,372	8,5114
9	Сталь 40х	0,041181	0,00014465	29,686	11,79

Проанализировав данную таблицу можно сделать вывод о том, что рационально использовать конструкцию балки после ручного изменения геометрии из материала сталь Ст3сп.