Topoloji Optimizasyonu Kullanım Alanları
Topoloji Optimizasyonu Nedir?
Topoloji Optimizasyonu (TO) , bir tasarımcı tarafından belirlenen önceden tanımlanmış belli kurallar için belirli bir üç boyutlu geometrik tasarım alanı içindeki malzeme düzenini ve yapısını optimize eden matematiksel bir süreçtir. Bu optimizasyondaki amaç, tasarım zarfı içinde dış kuvvetler, yük koşulları, sınır koşulları, kısıtlamalar ve malzeme özellikleri gibi etkenleri modelleyerek ve optimize ederek parça performansını maksimuma çıkarmaktır.
Topoloji Optimizasyonu Nasıl Yapılır?
TO genellikle tasarım evrelerinin son aşamasında, hedeflenen ürünün daha hafif olması gerektiğinde gerçekleştirilir. Bu sebeple, TO analizini kurmak için temel tasarım modeli zaten vardır.
- Öncelikle, tasarımcı ürün için gereken izin verilen en küçük tasarım alanını belirler.
- Sonrasında, malzeme özelliklerini, sınır koşullarını, kısıtlamaları ve kullanıcı dış yükleri tanımlar. Bu evrede, dışarıda tutma alanları veya sabit yerler de belirlenir.
- FEA sonrasında en az geometrik tasarım zarfını dikkate alır ve tasarım alanını uygulanan yük noktaları, montaj yerleri ve kısıtlı alanlar gibi daha minik alanlara böler.
- TO, sonlu elemanlar analizini kullanarak bu daha minik tasarım alanının temel bir ağını oluşturur. FEA (Sonlu Elemanlar Analizi) daha sonra her bir elemanın kaldırabileceği optimum yükü veya gerilimi bulmak için ağın gerilim dağılımını ve gerinim enerjisini değerlendirir.
- TO programı daha sonra tasarıma çeşitli açılardan dijital olarak baskı uygular, yapısal bütünlüğünü değerlendirir ve gereksiz malzemeleri tespit eder.
- Ardından topoloji optimizasyonu yazılımı, fazla malzemeyi bulmak için tanımlanan gereksinime karşı her bir sonlu elemanı rijitlik, uygunluk, gerilim, sapma açısından test eder.
- Son olarak, sonlu eleman analizi, deseni tamamlamak için parçaları bir araya getirir.
Topoloji Optimizasyonunun Avantajları ve Dezavantajları
Topoloji Optimizasyonu Avantajları
- Optimize Edilmiş Tasarım – TO, optimal tasarımın nicelleştirilmesine yardım eder. Sonsuz elemanlar analizi birçok etkeni göz önünde bulundurur ve yanlış öğelere yol açabilecek tehlikeli varsayımlarda bulunmaktan kaçınır.
- Minimum Malzeme Kullanımı – Bu optimizasyonunun en dikkat çekici yararı, gereksiz malzemeyi azaltma ve sertlik-ağırlık oranını artırma yeteneğidir. Daha düşük ağırlık ve boyut, aynı zamanda daha minik ürünler ve daha az enerji tüketimi ile sonuçlanır. Ayrıca, optimize edilmiş tasarım, gereken ham maddeyi azaltacak ve dolayısıyla dünyamız için sürdürülebilir olacaktır.
- Uygun Maliyetli – TO tasarımları, uygun bir üretim süreci ile daha ekonomik olacaktır. Çünkü malzemeyi sadece gerekli yerlere koyarak malzeme kullanımını ve maliyetini en aza indiriyorsunuz. Ayrıca paketleme, taşıma ve nakliye için daha az enerji gibi diğer etkenlerden de tasarruf etmenizi sağlar. Bu optimizasyondan kaynaklanan karmaşık geometrilerin çoğu, standart üretim süreçlerini pratik olmayan hale getirecektir. Ancak, 3 boyutlu baskı ile birleştirildiğinde, bu karmaşıklık hiçbir ekstra maliyet getirmez.
- Çevresel Etkinin Azaltılması – TO tasarımı, daha az atık ürettiği için sürdürülebilirdir. Fakat doğru olmayan yani yanlış imalat seçilirse bu doğru olmayabilir. Örneğin, TO tasarımları eklemeli üretim için daha uygundur. Talaşlı imalat için, malzeme kaldırmayı en aza indirgemek ve israfı en aza indirmek için tasarım modelini mümkün olduğunca küçük başlatmak hayati önem taşır.
- Daha Hızlı Yinelemeli Tasarım Süreci – Çeşitli modlardan geçerek ve bileşenlerin stresini dikkate alarak arıza riskini azaltır.
- Pazara Daha Kısa Sürede Giriş – Hızlı ve kolay üretebilir bir tasarım optimizasyonun sonucunda, rakiplerinizden çok daha önce pazara ilk gire siz olabilirsiniz.
Topoloji Optimizasyonu Dezavantajları
- Üretilebilirlik Sınırlamaları – Topoloji için optimize edilmiş tasarımlar, eklemeli üretime, eksiltici üretime göre daha iyi katkıda bulunur. Çünkü talaşlı imalatta malzemeyi çıkarmanız gerekir, bu nedenle zaman alıcıdır. Malzeme israfı da maliyeti yüksek tutar.
- Daha Yüksek Maliyet – Optimize edilmiş tasarımlardan bazıları yalnızca 3D baskı veya bazı durumlarda enjeksiyonlu kalıplama veya kalıp döküm için uygun olduğundan. Bununla birlikte, bazı geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla Additive Manufacturing maliyeti hala yüksektir.
- Güç Azaltma – Diğer yazılımlar gibi olduğundan, çıktı büyük ölçüde kullanıcı girdisine bağlı olacaktır. Bu nedenle bazı koşullarda ağırlığı en aza indirmek gücü azaltabilir.
- Anlayış Eksikliği – Topology optimization onlarca yıldır var olmasına rağmen, ancak şimdi, 3 Boyutlu İmalat’ın tanıtılmasıyla ön plana çıkıyor. Araçlar da tanıtılıyor, ancak endüstriyi olgunlaştırmak ve beslemek için hala zamana ihtiyacımız var gibi gözüküyor.
