제너레이티브 설계에서 더 나은 적층 제조 결과 달성

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Fusion 360의 2020년 12월 업데이트의 일환으로 우리는 휴일에 맞춰 숨겨진 선물을 전달했습니다. 적층 제조 결과를 생성하는 새로운 방법입니다. 내부적으로 이 프로젝트를 Additive 2.0이라고 하며 Experimental Generative Solvers 및 기능 미리 보기의 일부입니다. 이 새로운 방법은 이전에 제너레이티브 디자인에서 본 것과 비교하여 결과의 ​​모양 품질과 인쇄 가능성을 개선하는 데 큰 도움이 될 것입니다. 이것은 우리 중 많은 사람들이 간절히 기다려온 선물이었고 나와 우리 팀은 우리가 전달한 모든 것을 "풀고자" 합니다.

새로운 Additive 2.0 알고리즘 사용

먼저 사용자 기본 설정에서 Experimental Generative Solvers 및 기능 미리보기를 켜야 합니다.

미리보기가 활성화된 상태에서 연구 설정에서 대체 결과를 켜야 합니다. 거기에서 평소와 같이 공부를 설정하십시오. Manufacturing Constraints 대화 상자에서 Additive Manufacturing 제약을 활성화하고 원하는 인쇄 방향을 선택하면 나머지는 솔버가 알아서 처리합니다.

탐색에서 각 추가 결과 세트(세트가 주어진 재료 및 방향과 동일한 경우)에 대해 Additive 2.0은 각 세트에서 두 번째 결과를 생성합니다. 빠른 팁:이를 확인하는 가장 쉬운 방법은 속성 보기로 전환하고 적층 제조 방법으로 분리한 다음 정렬 기준 드롭다운을 재료로 설정하는 것입니다.

Additive 2.0이 더 나은 점은 무엇입니까?

더하기 결과를 생성하기 위한 초기 접근 방식은 많은 시나리오에서 모양 품질에서 많은 부분을 요구했습니다. 돌출 요구 사항을 충족하고 완전히 자립하려고 할 때 뚜렷한 계단 및 기타 인공물이 있는 결과를 보는 것이 일반적이었습니다. 우리의 새로운 접근 방식을 통해 우리의 솔버는 최소 두께 요구 사항을 충족하고 설계 질량의 균형을 유지하며 지지 재료를 최소화하는 훨씬 더 나은 작업을 수행합니다. 이 새로운 접근 방식은 완전히 자립하기 위해 모양 품질을 희생하지 않습니다.

이러한 개선이 우리가 만드는 결과에 어떤 영향을 미치는지 보여주는 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

첫 번째 예는 아래에 표시된 간단한 생성 설정입니다(하중 및 구속조건은 숨겨져 있음). 우리는 이 부품을 그림 1(아래)에 표시된 방향으로 제조하고 빨간색 장애물을 제작판으로 교체하려고 합니다.

이 설정은 다양한 이유로 제조하기 어려운 그림 2(아래)에서 볼 수 있는 것처럼 제약 없는 결과를 생성합니다. 첫째, 부품 형상 아래의 넓은 영역에는 지지 구조가 필요합니다(그림의 후반부에서 빨간색으로 강조 표시된 영역). 또한 부품 중앙 근처의 얇은 피처는 깨지기 쉬우며 지지대를 제거하는 동안 파손될 수 있습니다. 이 디자인은 적층 제조가 가능하지만 최적화와는 거리가 멉니다.

Additive 2.0을 기존의 Additive 제약 조건(Additive 1.0)과 나란히 살펴보기 시작하면 그림 3(아래)과 같이 차이점이 분명해집니다. 두 경우 모두 오버행 각도가 45도이고 최소 두께가 3mm인 추가 구속조건을 구성했습니다.

두 경우 모두 필요한 지원 재료의 양이 줄어들지만 제거되지는 않습니다. 그러나 전체 구조를 지지하기 위해 빌드 플레이트에서 재료를 빌드하는 Additive 1.0 결과는 구속되지 않은 결과보다 50% 더 무겁습니다. 원래 적층 제조 솔루션에서 흔히 볼 수 있는 계단식 아티팩트를 보여줍니다. Additive 2.0은 또한 필요한 지지 재료의 양을 크게 줄이지만 지오메트리를 미세하게 변경하면 이 모델의 질량이 11%만 증가합니다. 두 첨가제 디자인 모두 3mm의 최소 기능 크기를 충족하지만 Additive 2.0은 제한 없는 구조에 훨씬 더 가까운 구조를 유지하여 너무 얇은 격자 빔을 더 두꺼운 유기 구조로 병합합니다. 새로운 Additive 2.0 결과는 또한 원래 결과에서 열악한 표면 품질을 많이 제거합니다.

이론적으로 새로운 Additive 2.0 제약 조건은 지지 면적을 줄이고 전체 부품 질량의 최소 증가로 얇은 빔을 제거합니다. 그러나 이러한 디자인이 실제로 더 제조 가능합니까? 인쇄 준비 과정을 살펴보고 봅시다.

인쇄 프로세스 확인

FFF 예

그림 4(아래)는 원래의 무제한 결과와 함께 Additive 1.0 및 Additive 2.0의 결과를 비교합니다. 이러한 각 결과는 Fusion 360 추가 작업 공간을 사용하는 일반 FFF 워크플로를 통해 가져왔습니다. 모델은 데스크탑 FFF 기계에서 인쇄되기 전에 Fusion 360을 사용하여 슬라이스 및 후처리되었습니다. 각 부품은 동일한 인쇄 설정, 기계 및 동일한 PLA 필라멘트를 사용하여 후처리되었습니다. 그림 3에 표시된 결과는 첨가제 2.0과 1.0 사이의 개선 사항을 명확하게 보여주며, 부품 질량이 41.3% 감소했습니다. 제한 없는 제약 조건을 사용하는 것과 비교하여 Additive 2.0의 이점도 강조되며, 필요한 지지 재료가 47.8% 감소합니다.

SLA 예

그림 5(아래)는 Additive 1.0 및 Additive 2.0의 결과를 SLA 프로세스에서 인쇄를 위해 준비된 원래의 무제한 결과와 비교합니다. 이러한 각 결과는 Netfabb를 사용하는 일반 SLA 워크플로를 통해 가져왔습니다. 위의 결과와 유사하게 그림 5는 Additive 1.0에서 2.0으로의 개선 사항을 명확하게 보여줍니다. 부품 질량과 지지 재료 모두 이 프로세스가 필요했습니다.

SLM 예

또 다른 실제 사례를 살펴보겠습니다. 제너레이티브 디자인 교육 자료의 오토바이 트리플 클램프 예제 문제는 포크 튜브를 오토바이의 스티어링 스템에 연결하는 구조적 구성요소를 설계하는 과정을 안내합니다. 이 예에서는 선택적 레이저 용융(SLM)을 사용하여 알루미늄으로 구성 요소를 적층 제조하려고 합니다.

생성 연구를 실행하기 전에 구성 요소의 빌드 방향을 선택했습니다. 빌드 높이는 주요 비용 동인이므로 +X 방향을 피했습니다. 우리는 경험을 통해 우리가 필요한 공차를 얻기 위해 인쇄하는 동안 재료로 대부분의 큰 구멍을 채운 다음 후가공해야 한다는 것을 알고 있습니다. 구멍이 채워지면 +Y 방향은 부품 상단 면의 단면적에 급격한 변화를 일으켜 넓은 표면을 빠르게 냉각시키고 빌드 문제를 일으킬 수 있습니다. 그 결과 +Y 방향을 거부하고 +Z 빌드 방향으로 정착했습니다.

생성된 모든 빔이 지지대 제거로 인한 힘을 견딜 수 있을 만큼 충분히 크도록 0.25인치(6.35mm)의 최소 기능 크기를 선택했습니다. 오버행 각도는 SLM 프로세스의 매개변수와 일치하는 45°로 설정되었습니다. Additive 2.0 결과는 아래 이미지와 같습니다.

일반적으로 이 시점에서 디자인을 유기적 형태로 조정하고 디자인 성능을 검증할 것입니다. 오늘은 이러한 단계를 건너뛰고 바로 제조 작업 공간으로 이동하여 인쇄를 준비합니다.

Additive Build Fusion 확장이 필요한 설계를 제조하기 위해 Renishaw AM250을 사용할 것입니다. 먼저 큰 구멍을 재료로 채워야 나중에 공차까지 가공할 수 있습니다. 제조 작업 공간에서 구멍을 더 작은 지름으로 누르거나 당기는 제조 모델을 만들어 이 작업을 수행합니다.

이제 Renishaw 장비와 수정된 형상을 선택하여 새 설정을 생성하겠습니다. Move 명령으로 약간의 작업을 마친 후 우리 부품이 빌드 플랫폼에 배치됩니다.

이제 볼륨 지원 명령을 사용하여 지원 자료를 생성하겠습니다.

이 시점에서 우리는 인쇄를 시뮬레이션한 다음 g-code를 생성하여 기계로 보낼 준비가 되었습니다.

그림 7(아래)은 Additive 2.0 설계를 무제한 및 기존 적층 제조 솔루션과 비교하며 이전 예와 유사한 경향을 볼 수 있습니다. Additive 1.0 결과는 더 무거워지고 제한되지 않은 부품만큼 많은 지지가 필요하며 표면 품질 문제가 발생합니다. Additive 2.0은 모양 품질을 개선하고 필요한 지지 재료를 줄이며 부품 질량을 제한 없는 결과와 거의 동일하게 되돌립니다.

Additive 2.0을 직접 사용해 보세요

우리는 이러한 적층 제조 개선 사항을 제품에 도입했을 때만큼 여러분도 흥분하기를 바랍니다. 이 블로그의 이미지는 훌륭한 이야기를 전하고 있지만 개선 사항을 시연하는 데 사용한 모델을 제공하고 싶었으므로 직접 살펴보십시오. 이러한 모델을 실행하고 열고 사용 가능한 연구를 생성할 준비가 되었습니다.

첨가제 2.0V 모양의 장력 막대 설정

Additive 2.0 오토바이 트리플 클램프 설정

새로운 적층 제조 제약 조건에 대해 질문이나 의견이 있으면 [email protected]으로 문의하십시오. 또한 이 솔루션을 개발하고 검증한 멋진 전문가 팀과 이 블로그 게시물을 작성하는 데 도움을 준 Ben Weiss, Adam Day, Matt Oosthuizen 및 Divy Kishor Tiwary에게 큰 감사를 전하고 싶습니다. 모두 즐거운 연말연시 보내시고 새해 복 많이 받으세요!