Výsledek: Bionická konstrukce s využitím mikroprutové konstrukce

Motivace

Motivací je vyvinout strojírenský díl, který bude plnit svou funkci z hlediska mechanických a geometrických vlastností přesně na míru okrajovým podmínkám. Výsledkem je organický tvar, který je vzhledově atraktivní a přináší zlepšené mechanické vlastnosti oproti své předloze, kterou byl svařenec z plechových výlisků. Zejména se jedná o úsporu hmotnosti (40%) při zachování stejné tuhosti originálního dílu. Pedál byl navržen pro výrobu pomocí 3D tisku metodou SLM. Jeho další předností je snadná editovatelnost modelu a tedy možnost zhotovení pedálu na míru pro každého zákazníka.

Komerční využití

Cena pedálu vyrobeného pomocí 3D tisku metodou SLM je cca 5000Kč. Výhodou je snadná editovatelnost a customizace – každý díl může být jiný (na míru zákazníkovi - jezdci, automobilu, podmínkám,…) bez drahých úprav forem atp., stačí jen změnit parametry 3D modelu a vytisknout. Při použití stroje Renishaw AM500 je kapacita komory (1 tisku) cca 8ks pedálů při cca 40h tisku. Tento design těžko vyrobitelný jinak než 3D tiskem (výroba takových dílů se v praxi neobejde bez 5osého simultánního frézování nebo výroby složitých jednoúčelových přípravků, případně licích forem). V mnoha případech, například výroba dutých kovových konstrukcí, se bez 3D tisku neobejdeme, jelikož je nelze vyrobit jinou technologií.

Fáze vývoje

Momentálně je díl ve fázi vyrobeného prototypu, který bude podroben mechanickým měřením a zkouškám. Díl je rovněž připraven na zkušební montáž do automobilu a ozkoušení jeho vlastností. Poznatky z vývoje dílu lze rovněž využít při návrhu dalších součástí, zejména pro automobilový a letecký průmysl, výrobu unikátních dílů na míru každému zákazníkovi, odlehčené sportovní komponenty, popř. designové komponenty.

Klíčová slova

Topologická optimalizace, 3D tisk, generativní design

Popis

Podstatou výsledku je konstrukční návrh pedálu, určeného do osobního automobilu; v tomto případě se jedná o spojkový pedál. Unikátní je bionický design pedálu, vytvořený pomocí topologické optimalizace a pomocí tzv. volnoplošného polyNURBS modelování. Model pedálu byl vytvořen na míru okrajovým podmínkám pomocí topologické optimalizace, obsahuje tedy materiál jen tam, kde je to bezpodmínečně nutné a kde se přenáší zatížení na základě zadaných okrajových podmínek. Tento proces se nazývá topologická optimalizace. Každý navržený model s bionickou konstrukcí je důkladně analyzován pomocí metody konečných prvků (FEM). Pro výpočet se používá specializovaný software. Konstruktér definuje materiál na základě designové oblasti a to pouze tam, kde plní svůj výhradní účel z hlediska mechanických vlastností a konkrétního namáhání.

Způsob ochrany

Funkční vzorek (interní označení 028/03-09-2020_F)

Hledání partnera

Licencování nebo spolupráce na vývoji.

Další informace

Bionický design charakterizuje tvar součásti, která je při svém vzniku inspirovana přírodou. Materiál se vyskytuje pouze tam, kde je to nezbytně nutné na základě zadaných okrajových podmínek. Tento proces se nazývá topologická optimalizace. Každý navržený model s bionickou konstrukcí je důkladně analyzován pomocí metody konečných prvků (FEM). Pro výpočet se používá specializovaný software. Konstruktér definuje materiál na základě designové oblasti a to pouze tam, kde plní svůj výhradní účel z hlediska mechanických vlastností a konkrétního namáhání.

Kategorie

Aditivní technologie, strojírenství

Kontakt

Ing. Lukáš Jančar
Centrum 3D tisku Protolab, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie, VŠB - TU Ostrava

Ilustrační obrázky

Nahoru