귀하의 제품 팀이 놓칠 수 없는 토폴로지 최적화의 3가지 이점

토폴로지 최적화(TO 또는 TopOp)는 주어진 하중 또는 경계 제한을 고려하여 주어진 공간 내에서 재료 레이아웃을 최적화하는 수학적 방법입니다. 토폴로지 최적화를 통해 설계자는 일반적으로 재료 감소를 통해 기계적 구성요소 또는 부품을 최적화할 수 있습니다.

토폴로지 최적화는 설계, 시뮬레이션 및 최적화의 세 가지 다른 분야를 조합하여 최적의 솔루션을 만들기 위해 수천만 자유도를 고려하는 시뮬레이션을 만드는 것을 의미하는 생성 설계의 한 형태입니다.

토폴로지 최적화를 통해 설계자는 강도와 경제성 사이의 신중한 균형을 달성하고 가능한 한 최소한의 재료를 사용하여 충분히 강력한 부품을 만드는 방법을 결정할 수 있습니다. 그것은 컴퓨터의 도움 없이는 달성하기 매우 어려운 방식으로 이루어집니다. 이로 인해 때때로 이상한 모양이 나타날 수 있습니다. 이것이 토폴로지 최적화가 적층 제조와 함께 진행되는 이유입니다. 3D 프린팅은 이러한 복잡한 부품을 제조하는 데 가장 효과적인 도구입니다.

토폴로지 최적화 소프트웨어는 궁극적으로 설계자가 적층 제조가 제공하는 자유를 활용할 수 있도록 합니다. 그러나 최근까지 많은 제품 팀에서 이 비용이 엄청나게 비쌌습니다. 토폴로지 최적화가 널리 사용되는 많은 CAD 프로그램의 기본 제공 기능이 되어 훨씬 더 쉽게 액세스할 수 있게 된 것은 불과 몇 년 전입니다. 이 강력한 도구에 대해 제품 팀이 알아야 할 사항은 다음과 같습니다.

토폴로지 최적화 작동 방식

가장 인기 있고 실용적인 토폴로지 최적화 방법은 유한 요소(FE) 기반입니다. FE는 시뮬레이션에 의존하여 물체의 어떤 영역이 구조적으로 중요하지 않아 잠재적으로 제거될 수 있는지 결정하는 설계 방법을 나타냅니다.

FE 기반 토폴로지 최적화의 첫 번째 단계는 하중, 고정 장치, 제약 조건 및 "설계 공간" 또는 주어진 부품이 잠재적으로 점유할 수 있는 최대 부피를 정의하는 것입니다. 그런 다음 소프트웨어는 특정 제한을 분석하여 여러 부품 설계 옵션을 제공하고 설계자를 최상의 설계 방향으로 안내합니다. 디자인이 선택되면 소프트웨어가 형상을 수정하는 프로세스를 반복합니다.

일반적으로 토폴로지 최적화를 사용하여 설계된 부품은 동일하거나 더 나은 결과를 얻기 위해 더 적은 재료를 사용하므로 직접적인 비용 절감 및 제품 개선으로 이어집니다. 토폴로지 최적화는 많은 설계에서 초과 중량을 줄일 수 있기 때문에 이 기술은 특히 항공우주 및 자동차 산업의 금속 부품에 널리 사용되며, 두 산업 모두 부품 재료의 부피 또는 중량을 줄였을 때 연료 효율성이 증가하는 이점이 있습니다. 또한 토폴로지 최적화 및 적층 제조를 통해 설계자가 유기적 형태를 밀접하게 모방할 수 있기 때문에 이 기술은 의료 응용 분야에 점점 더 많이 활용되고 있습니다.

토폴로지 최적화의 이점

토폴로지 최적화의 장점은 재료 감소를 넘어 확장됩니다. 기타 이점은 다음과 같습니다.

• 단축된 디자인 프로세스: 토폴로지 최적화는 제품 개발 일정을 크게 줄여 비용을 절감할 수 있습니다. 자동화된 프로세스는 일반적으로 기존 설계 방법에 필요한 것보다 훨씬 짧은 시간에 더 나은 성능의 부품으로 이어집니다.
• 더 나은 성능: 주어진 부품에 대한 최상의 디자인이 항상 직관적인 것은 아니며 디자인 팀이 컴퓨터의 도움 없이는 결코 생각해내지 못했을 수도 있습니다. 토폴로지 최적화 알고리즘에는 인간과 같은 편향이 없으므로 성능 향상을 위해 미학과 일반적인 디자인 규칙을 무시하는 경향이 있습니다.

에너지 및 비용 효율성 향상. 토폴로지 최적화는 불필요한 기능이나 재료를 제거하여 낭비와 비용을 모두 줄입니다. 게다가 이러한 부품은 더 가볍기 때문에 최종 사용 애플리케이션에서 에너지 수요를 줄이는 경향이 있습니다.

인기 있는 토폴로지 최적화 소프트웨어

토폴로지 최적화 소프트웨어는 독립 실행형 도구 또는 CAD 통합 모듈로 구입할 수 있습니다. 토폴로지 최적화의 두 주요 업체는 Altair와 Dassault Systèmes입니다. Altair는 1994년에 OptiStruct 도구를 처음 출시했으며 General Motors가 첫 번째 고객이었습니다. Dassault Systèmes는 Tosca 및 ATOM을 포함하여 여러 인기 있는 TopOp 모듈을 책임지고 있습니다.

Solidworks 및 Creo를 비롯한 소수의 인기 있는 CAD 프로그램에는 토폴로지 최적화 도구가 내장되어 있습니다. 이러한 도구는 독립형 TO 소프트웨어보다 덜 강력하고 기능이 많은 경향이 있습니다. 즉, 설계 과정에서 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

nTop 플랫폼은 통합된 TopOp 모듈을 사용하여 시뮬레이션의 데이터 출력을 통해 가변 벽 두께 또는 격자 빔 두께와 같은 설계 매개변수를 직접 구동하여 소프트웨어 환경에 새로운 기능을 제공하는 새로운 유형의 CAD 소프트웨어입니다.

토폴로지 최적화 시작하기

현대 기업과 소비자 모두 그 어느 때보다 더 빠르고, 더 효율적이고, 더 효과적이고, 더 환경 친화적인 솔루션을 요구합니다. 토폴로지 최적화는 이러한 이점과 더 많은 것을 제품 팀에 제공할 수 있습니다. 운 좋게도 이 기술은 점점 더 광범위하게 접근할 수 있게 되었습니다. 그러나 TO 소프트웨어를 최대한 활용하고 제품 개발 프로세스를 최적화하려면 팀이 기술을 효과적으로 사용하는 방법에 대한 깊은 기능적 지식이 있어야 합니다.

토폴로지 최적화를 활용하여 더 나은 성능과 저렴한 부품을 빠르게 생성하는 데 관심이 있는 모든 형태와 규모의 제품 팀은 Fast Radius의 전문가에게 문의할 수 있습니다. 노련한 디자이너, 엔지니어, 기술자 및 프로젝트 관리자로 구성된 당사 팀은 디지털 디자인, 시뮬레이션 및 성능 최적화의 전문가입니다. 우리의 사명은 고객이 새로운 것을 가능하게 하도록 돕는 것입니다.

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