Tối ưu hóa hình học trong việc thiết kế chi tiết cho công nghệ in ba chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG QUỸ PHÁT TRIỂN KHCN BÁO CÁO TÓM TẮT TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NĂM 2016 TÊN ĐỀ TÀI: Tối ưu hóa hình học việc thiết kế chi tiết cho công nghệ in ba chiều Topology Optimisation for Additive Manufacturing Mã số: B2016-ĐN02-21 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN ĐÌNH SƠN ĐƠN VỊ : KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG, 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Tối ưu hóa hình học việc thiết kế chi tiết cho công nghệ in ba chiều (Topology Optimisation for Additive Manufacturing) - Mã số: B2016-ĐN02-21 - Chủ nhiệm: TS Nguyễn Đình Sơn - Thành viên tham gia: TS Nguyễn Văn Thiên Ân, Th.S Nguyễn Văn Quyền - Cơ quan chủ trì: Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: 24 tháng Mục tiêu: • Nghiên cứu lý thuyết tối ưu hóa hình học (Topology Optimisation) để xây dựng phương pháp tối ưu hóa việc thiết kế chi tiết lĩnh vực khí sau mở rộng số lĩnh vực khác thiết bị y tế, thiết kế kết cấu xây dựng, kiến trúc • Xây dựng thuật tốn thực tối ưu hóa hình học từ xuất hình dạng hình học tối ưu cho chi tiết cần thiết kế • Xây dựng hình dáng tối ưu chi tiết phần mềm CAD • Sử dụng cấu trúc lưới tối ưu hóa hình học chi tiết thiết kế Tính sáng tạo: • Xây dựng phương pháp thiết kế tổng thể cho chi tiết khí ứng dụng tối ưu hóa cấu trúc hình học để sử dụng cho công nghệ gia công đắp lớp • Xây dựng mơ hình cấu trúc lưới phần mềm CAD • Sử dụng cấu trúc lưới thiết kế tối ưu hóa hình học Tóm tắt kết nghiên cứu: • Phân tích phương pháp tiếp cận SIMP BESO tối ưu hóa cấu trúc hình học chi tiết thiết kế • Xây dựng phương pháp thiết kế tổng thể cho chi tiết khí ứng dụng tối ưu hóa cấu trúc hình học để sử dụng cho cơng nghệ gia cơng đắp lớp • Phương pháp xây dựng mơ hình cấu trúc lưới phần mềm CAD Tên sản phẩm: • Qui trình sử dụng tối ưu hóa hình học thiết kế chi tiết khí sử dụng cơng nghệ gia cơng đắp lớp Tạp chí SCIE: • D S Nguyen, “Design of lattice structure for additive manufacturing in CAD environment,” Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, vol 13, no 3, pp JAMDSM0057-JAMDSM0057, 2019 Hội nghị khoa học quốc tế: • D S Nguyen, and F Vignat, “A method to generate lattice structure for Additive Manufacturing,” in 2016 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2016, pp 966-970 • D S Nguyen, and F Vignat, “Topology optimization as an innovative design method for additive manufacturing,” in 2017 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2017, pp 304-308 • D S Nguyen, T H T Tran, D K Le, and V T Le, “Creation of Lattice Structures for Additive Manufacturing in CAD Environment,” in 2018 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2018, pp 396-400 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: • Xây dựng học phần “Phát triển sản phẩm cho công nghệ gia công đắp lớp” cho học viên cao học trường Kỹ thuật công nghiệp, Grenoble INP, Pháp • Sinh viên nghiên cứu khoa học • Chuyển gia cho nhóm nghiên cứu cơng nghệ in ba chiều INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Topology Optimization for Additive Manufacturing Code number: B2016-ĐN02-21 Project Leader: Nguyen Dinh Son Coordinator: Nguyen Van Thien An, Nguyen Van Quyen Implementing institution: The University of Danang Duration: from 2016 to 2019 Objective(s): • Study on the literature of topology optimization to build a method that allows to integrate topology optimization into design methodology for mechanical product • Creating an algorithm to realize a topology optimization of a model of product • A method to redesign product based on the topology optimization results • A method to generate a model of lattice structure in CAD environment in order to reduce material in designed product Creativeness and innovativeness: • A method to integrate topology optimization into product design methodology as an innovate design tool • Generation of lattice structure in CAD environment • A method to generate a model of lattice structure in CAD environment in order to reduce material in designed product Research results: • A Matlab program to run algorithm of topology optimization • A method to integrate topology optimization into product design methodology as an innovate design tool • A method to generate a model of lattice structure in CAD environment in order to reduce material in designed product Products: • Integrating topology optimization in mechanical product design methodology International journal indexed in SCIE: • D S Nguyen, “Design of lattice structure for additive manufacturing in CAD environment,” Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, vol 13, no 3, pp JAMDSM0057-JAMDSM0057, 2019 Proceedings of international conferences: • D S Nguyen, and F Vignat, “A method to generate lattice structure for Additive Manufacturing,” in 2016 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2016, pp 966-970 • D S Nguyen, and F Vignat, “Topology optimization as an innovative design method for additive manufacturing,” in 2017 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2017, pp 304-308 • D S Nguyen, T H T Tran, D K Le, and V T Le, “Creation of Lattice Structures for Additive Manufacturing in CAD Environment,” in 2018 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2018, pp 396-400 Effects, transfer alternatives of research results and applicability: • Master’s degree course “Product development for Additive Manufacturing”, School of Industrial Engineering, Grenoble INP, France • Scientific Research Project for DUT Student • 3D Printing Technology Research Group-DUT DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI STT Họ tên TS Nguyễn Đình Sơn TS Nguyễn Văn Thiên Ân ThS Nguyễn Văn Quyền GS Frédéric Vignat Đơn vị cơng tác Khoa Cơ khí Giao thơng Khoa Cơ khí Giao thơng Khoa Cơ khí Giao thơng Génie Industriel, Grenoble INP Ghi MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1 Trong nước 1.2 Ngoài nước 1.3 Tính cấp thiết 1.4 Mục tiêu đề tài 1.5 Cách tiếp cận 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu b) Phạm vi nghiên cứu: CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG ĐẮP LỚP VÀ TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC Công nghệ gia công đắp lớp (Additive Manufacturing) 1.1 Cơng nghệ phun kết dính (Binder Jetting) 10 1.2 Công nghệ gia nhiệt trực tiếp (Directed Energy Deposition) 11 1.3 Công nghệ đùn vật liệu (Material Extrusion) 12 1.4 Kết luận 13 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC 15 Xây dựng mơ hình tốn học 15 Thiết lập tham số 16 Phân tích phần tử hữu hạn 16 CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM HỖ TRỢ THIẾT KẾ TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC 18 Các phần mềm tối ưu hóa hình học 18 2 Một số thiết kế tối ưu hóa hình học 19 3.1 Thiết kế dụng cụ 19 3.2 Thiết kế đế giày trượt băng 20 3.3 Thiết kế dĩa xe đạp 20 CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC LƯỚI TRONG THIẾT KẾ TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC 22 Cấu trúc lưới 22 Cấu trúc lưới thiết kế tối ưu hóa hình học 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 Công nghệ phun vật liệu (Material Jetting), Công nghệ nóng chảy vật liệu bột (Powder Bed Fusion), Cơng nghệ đắp lớp theo (Sheet Lamination) Công nghệ quang hóa polymer (VAT Photopolymerization) 1.1 Cơng nghệ phun kết dính (Binder Jetting) Cơng nghệ in phun kết dính cơng nghệ sử dụng đầu phun vật liệu kết dính, đầu phun tương tự công nghệ in 3D Trong đó, chất kết dính phun lên bề mặt vật liệu sản phẩm dạng bột, chất kết dính liên kết hạt vật liệu với tạo thành lớp bề mặt Sau đó, lớp vật liệu cán qua lớp bề mặt vừa phun chất kết dính chất kết dính tiếp tục phun lên lớp bề mặt bột vật liệu Quá trình lặp lặp lại cho lớp bề mặt bột vật liệu, lớp kết dính lên lớp trước thơng qua dung dịch kết dính phun đầu phun Cuối lớp vật liệu chồng lên tạo nên hình dạng sản phẩm cần gia công [2] Hình 1: Công nghệ gia công phun kết dính (Binder Jetting) [2] Quy trình cơng nghệ phun chất kết dính (xem Hình 1) thực hầu hết loại vật liệu khác kim loại, nhựa, nhiên với điều kiện loại vật liệu gia công phải dạng bột Đối với vật liệu kim loại, sản phẩm sau gia công xong xử lý nhiệt nung, ram, để tạo cho kết dính hạt vật liệu kim loại với Do đó, cơng nghệ phun kết dính có nhiều hạn chế định tạo độ xốp hay độ rỗng vật 10 liệu bên lớn, mức độ kết dính hạt vật liệu phụ thuộc nhiều vào dung dịch kết dính Chính vậy, cơng nghệ phun chất kết dính thường sử dụng cho cơng nghệ tạo mẫu nhanh với vật liệu nhựa chủ yếu 1.2 Công nghệ gia nhiệt trực tiếp (Directed Energy Deposition) Công nghệ gia nhiệt trực tiếp bao gồm đầu có nhiệm vụ tập trung lượng để gia nhiệt trực tiếp lên bột vật liệu bột, làm cho cho bột vật liệu nóng chảy thành dòng vật liệu lỏng Bột vật liệu theo đường dẫn khác đầu di chuyển đến vị trí lượng nhiệt tập trung lớn để nóng chảy tức khắc sau Dòng vật liệu nóng chảy đắp lớp chồng lên để tạo thành chi tiết gia công cuối Để tránh tượng cháy nổ, ơ-xy hóa tiếp xúc trực tiếp dòng vật liệu nóng chảy đầu gia nhiệt có đường dẫn khí trơ Ni-tơ, Argon, để bảo vệ lớp vật liệu vừa nóng chảy Hình 2: Công nghệ gia nhiệt trực tiếp (Directed Energy Deposition) [3] Cơng nghệ gia nhiệt trực tiếp tích hợp đầu gia nhiệt (xem Hình 2) bao gồm vị trí chùm tia lượng laser tập trung, dòng bột vật liệu dòng khí trơ bảo vệ Đầu gia nhiệt thường gắn máy gia công CNC trục hay trục để thực quỹ đạo chuyển động gia công đắp lớp 11 theo lớp vật liệu Đầu gia nhiệt gắn trực tiếp robot cơng nghiệp để thực quỹ đạo chuyển động phức tạp tạo chi tiết theo lớp cắt có biên dạng phức tạp hay thực đắp lớp vật liệu theo lớp cắt có chiều hướng khác Do tính chất đặc trưng đó, mà cơng nghệ gia nhiệt trực tiếp có nhiều ưu điểm trội tích hợp trực tiếp trung tâm gia cơng CNC, tích hợp gia công đắp lớp gia công cắt gọt máy tạo nên cơng nghệ công nghệ gia công lai (Hybrid Additive Manufacturing Technology) Công nghệ gia cơng đắp lớp sử dụng dòng lượng tập trung đầu gia công lớn nên công nghệ thường sử dụng để gia công chi tiết kim loại chủ yếu Ngoài ra, nhờ đặc tính dễ tích hợp trung tâm gia công CNC (CNC phay, tiện, ) cánh tay robot công nghiệp nên công nghệ cho phép đắp vật liệu lên chi tiết bị hư hỏng gãy, vở, tróc Chính vậy, bên cạnh việc sử dụng cho cơng nghệ gia cơng đắp lớp, cơng nghệ sử dụng hiệu việc sửa chửa hay bảo dưỡng chi tiết máy bị mài mòn, hư hỏng 1.3 Công nghệ đùn vật liệu (Material Extrusion) Công nghệ đùn vật liệu biết đến cách phổ biến cơng nghệ tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modelling) FFF (Fused Filament Deposition) hay thường gọi công nghệ in 3D Trong công nghệ đùn vật liệu, sợi dây nhựa nhiệt dẻo đưa qua đầu phun mà sợi dây nhựa dẻo nóng chảy thơng qua phận gia nhiệt Dòng nhựa nóng chảy đùn áp lực sợi dây đưa vào đầu phun Đầu phun di chuyển theo quỹ đạo xác định để điền đầy vật liệu cho lớp mặt cắt sau tiếp tục đắp vật liệu cho lớp chi tiết gia công xong 12 Hình 3: Công nghệ đùn vật liệu (Material Extrusion) [2] Công nghệ gia công hầu hết thực vật liệu nhựa dẻo, dễ nóng chảy nhiệt Độ xác gia công công nghệ phụ thuộc lớn vào vật liệu đường kính lỗ đầu phun Bề dày lớp vật liệu gia công thông thường công nghệ từ 0,4mm trở lên nên độ phân giải độ xác mức trung bình, nên bề mặt gia cơng chi tiết bị gồ ghề Bên cạnh đó, q trình biến cứng dòng vật liệu nhựa nóng chảy nhanh nên độ kết dính hai lớp vật liệu gia công tương đối Do vậy, tính chất vật liệu cấu thành sản phẩm gia công cuối không cao công nghệ khác 1.4 Kết luận Gia công đắp lớp công nghệ gia công phát triển dựa nguyên lý công nghệ tạo mẫu nhanh chi tiết gia cơng cắt thành lớp mỏng, sau lớp mỏng gia công theo thứ tự xếp chồng lên để tạo thành chi tiết hay sản phẩm cuối Tùy vào phương pháp tạo lớp cắt vật liệu chế tạo chi tiết mà người ta phát minh tạo nhiều công nghệ gia công đắp lớp khác Tuy nhiên, phải kể đến cơng nghệ gia cơng nung chảy vật liệu bột có ưu vượt trội nhờ tốc độ gia công, bề dày lớp gia công mỏng cho phép gia 13 cơng chi tiết có độ phức tạp bề mặt hình dáng hình học cao, cấu trúc vật liệu chi tiết tương đối đồng lỗ rỗng bên Ngược lại, công nghệ gia cơng đắp lớp đùn vật liệu lại có hạn chế cấu trúc tính vật liệu gia cơng cấu trúc vật liệu khơng liên tục đồng sau gia công Sự so sánh ưu nhược điểm cơng nghệ thể cách tóm tắt Bảng Công nghệ Vật liệu Bề dày Kết cấu giá đỡ Độ bền Cơng nghệ phun kết dính Binder Jetting Ceramics, Composites, Kim loại, Polymer 1-3mm Không Không Kim loại 0.8mm Có Có Nhựa dẻo 0.4-1mm Có Có 0.6mm Có Khơng 0.05mm Có Có 0.5mm Khơng Khơng 0.3mm Có Khơng Cơng nghệ gia nhiệt trực tiếp Directed Energy Deposition Công nghệ đùn vật liệu Material Extrusion Công nghệ phun vật liệu Material Jetting Cơng nghệ nóng chảy vật liệu bột Powder Bed Fusion Công nghệ đắp lớp theo Sheet Lamination Cơng nghệ quang hóa VAT Photopolymerization Nhựa quang hóa Kim loại, Nhựa Kim loại, Giấy Nhựa quang hóa Bảng 1: Tổng quan công nghệ gia công đắp lớp 14 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC Chương thực việc xây dựng chương trình tối ưu hóa hình học khơng gian ba chiều sử dụng thuật toán vật liệu đẳng hướng SIMP Chương trình lập trình ngơn ngữ matlab, python Xây dựng mơ hình tốn học Bài tốn tối ưu hóa hình học đưa tốn tối đa hóa độ cứng (hay tối thiểu hóa độ mềm) chi tiết thiết kế Nói cách khác, tốn tìm phân bố mật độ vật liệu không gian thiết kế để đạt độ cứng cao hay độ mềm thấp chi tiết thỏa mãn điều kiện biên ban đầu tải trọng, độ biến dạng, miền ứng suất Do vậy, tốn mơ tả phương trình sau: : C ( X ) = F TU = U T KU (8) X =  xe  , xe  ,0  xe  1; e = 1, , N (9) F = KU (10) (11) X Subject to: V (X) =  xeve = V * X Trong đó: • C(X) hàm mục tiêu tốn tối ưu hóa, độ mềm kết cấu khơng gian thiết kế • F,U véc-tơ lực chuyển vị • K ma trận độ cứng tồn cục • X, xe véc-tơ mật độ phân bố mật độ phân bố phần tử (có giá trị từ đến 1) • V(X), ve, V* thể tích tồn khơng gian thiết kế, thể tích phần tử thể tích mong đợi 15 Thiết lập tham số Chúng ta cần phải thiết lập số tham số đầu vào cho chương trình tối ưu hóa Trong đó, cần thiết lập số tham số sau: • V* tỉ số thể tích cần giữ lại thể tích ban đầu khơng gian thiết kế • p hệ số hiệu chỉnh mật độ phân bố vật liệu bên không gian thiết kế Thông thường giá trị p nằm khoảng từ 2-4 trường hợp chọn giá trị p=3 [4] • FR giá trị bán kính lọc, khoảng cách lớn từ phần tử đến phần tử cần loại bỏ lọc độ nhạy Đó tham số đầu vào cần thiết cho chương trình tối ưu hóa hình học thực Phân tích phần tử hữu hạn Theo định luật Hooke tổng quát, ma trận độ mềm phần tử lưới phần tử hữu hạn nội suy từ mật độ phân bố rỗng đến đặc viết thành: Ce ( xe ) = Ee ( xe )Ce0 (13) Trong 𝐶𝑒0 mơ-đun đàn hồi vật liệu viết công thức sau:   1 −    1−      1−   0 Ce0 =  (1 +  )(1 − 2 )   0   0   0 0 0 − 2 0 − 2 0          − 2    (14) Trong đó,  hệ số Poisson cho vật liệu đẳng hướng Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, ma trận độ cứng phần tử tính thể tích phần tử viết công thức sau: 16 K e ( xe ) = Ee ( xe ) K e0 (15) Sử dụng hàm nội suy, xác định ma trận độ toàn phần tử lưới phần tử hữu hạn sau: n K ( xe ) =   Emin + xep ( E0 − Emin )  K e0 (16) i =1 Cuối cùng, độ dịch chuyển nút phần tử xác định công thức cân sau: K ( xe )U ( xe ) = F (17) Trong F véc-tơ lực nút phụ thuộc vào mật độ phân bố vật liệu phần tử 17 CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM HỖ TRỢ THIẾT KẾ TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC Chương giới thiệu đánh giá số phần mềm hỗ trợ thiết kế tối ưu hóa cho cơng nghệ in ba chiều Đặc biệt, phần mềm Solidthinking Inspire sử dụng để thiết kế cải tiến số sản phẩm sử dụng phương pháp thiết kế tối ưu hóa hình học Các phần mềm tối ưu hóa hình học Hiện nay, thị trường có nhiều phần mềm hỗ trợ lập trình tối ưu hóa hình học với nhiều giao diện người dùng thân thiện dễ sử dụng Trong đó, phải kể đến phần mềm công ty lớn như: Altair, Dassault Système, TOSCA, Siemens, Ansys Trong phần mềm Hyperworks OptiStruct Hyperworks cho phát hành vào năm 1994 xem nhà công cấp phần mềm thương mại lĩnh vực tối ưu hóa kết cấu Tuy nhiên, ngày phần mềm sử dụng hạn chế phương pháp tiếp cận cổ điển làm cho người sử dụng thông thường khó thao tác Phần mềm Simula Abaqus ATOM phát hành phiên 6.11 vào năm 2011 có tích hợp thêm mơ-đun ATOM (Abaqus Topology Optimization Module) có nhiệm vụ việc tối ưu hóa cấu trúc Tuy nhiên, mô-đun không hỗ trợ việc thiết kế chuẩn bị không gian thiết kế trực tiếp phần mềm nên cho người dùng có nhiều khó khăn việc triển khai tham số không gian thiết kế Phần mềm thiết kế tối ưu hóa FE Design Tosca Structure phần mềm đáng tin cậy tối ưu hóa hình học Tuy nhiên, phần mềm dạng mô-đun độc lập thường tích hợp với phần mềm phân tích phần tử hữu hạn khác 18 Phần mềm Siemens UnigraphicsNX với phiên NX8 phát hành vào năm 2011 có tích hợp thêm mơ-đun tối ưu hóa hình học Phần mềm sử dụng lại mô-đun Tosca để giải tốn tối ưu hóa hình học Hơn nữa, phần mềm khơng có cơng cụ xử lý bề mặt sau tối ưu hóa Bảng đánh giá so sánh phần mềm thương mại hỗ trợ cho việc thiết kế tối ưu hóa hình học Hình 4: So sánh tính phần mềm tối ưu hóa hình học thương mại [5] Một số thiết kế tối ưu hóa hình học Một số sản phẩm giới thiệu sử dụng phương pháp thiết kế tối ưu hóa hình học để thực việc thiết kế lại với khả giảm thiểu khối lượng chi tiết thiết kế đảm bảo độ bền ban đầu chi tiết 3.1 Thiết kế dụng cụ Hình 30 mơ tả q trình sử dụng phương pháp thiết kế tối ưu hóa việc thiết kế lại dụng cụ cờ-lê sử dụng nhiều sống 19 Hình 5: Kết quả thiết kế tối ưu hóa hình học dụng cụ 3.2 Thiết kế đế giày trượt băng Hình 31 mơ tả kết thiết kế tối ưu hóa hình học đế giày trượt băng nghệ thuật Hình 6: Kết quả thiết kế tối ưu hóa hình học dụng cụ 3.3 Thiết kế dĩa xe đạp Hình 32 mơ tả trình thiết kế lại dĩa xe đạp sử dụng phương pháp thiết kế tối ưu hóa hình học phần mềm Solidthinking Inspire 20 Hình 7: Kết quả thiết kế tối ưu hóa hình học cho dĩa xe đạp 21 CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC LƯỚI TRONG THIẾT KẾ TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC Cấu trúc lưới Nhờ phát triển công nghệ in ba chiều (còn gọi cơng nghệ gia cơng theo lớp), chi tiết có hình dạng hình học phức tạp đến đâu chế tạo được, công nghệ gia công truyền thống trước gia công công nghệ gia công rèn dập, đúc, phay, tiện, bào Đây ưu điểm vượt trội công nghệ gia công theo lớp so với công nghệ gia công truyền thống trước Chính từ ưu điểm cơng nghệ gia công theo lớp mà cấu trúc lưới ứng dụng cách rộng rãi nhiều lĩnh vực khác công nghiệp kỹ thuật nhiệt, kỹ thuật vật liệu, kỹ thuật khí kỹ thuật y sinh [6-8] Mục đích việc sử dụng cấu trúc lưới tối ưu hóa hình học chi tiết nhằm giảm lượng vật liệu sử dụng tối thiểu thiết kế chế tạo chi tiết Cấu trúc lưới tập hợp thẳng hay cong có tiết diện hình tam giác, hình vng, hình chữ nhật, hình elip hay hình tròn liên kết với tạo nên mạng lưới Các phân bố theo trật tự phân bố cách ngẫu nhiên khơng gian thiết kế Có thể phân chia cấu trúc lưới thành hai dạng sau: • Cấu trúc lưới tuần hồn • Cấu trúc lưới khơng tuần hồn Cấu trúc lưới thiết kế tối ưu hóa hình học Việc sử dụng cấu trúc lưới thiết kế tối ưu hóa hình học giải pháp cần áp dụng Để đưa cấu trúc lưới vào thiết kế tối ưu hóa hình học cần xây dựng thuật tốn phân tích phần tử hữu hạn chi tiết cần thiết kế Sau lựa chọn cấu trúc sở phù hợp cho vùng chịu lực khác nhau, lựa chọn cấu trúc sở ta thay 22 đổi kích thước cấu trúc lưới theo khả vùng chịu lực bên chi tiết Cấu trúc lưới sử dụng để giảm thiểu lượng vật liệu sử dụng trình thiết kế chế tạo Tuy nhiên, việc lựa chọn cấu trúc sở cấu trúc lưới tuần hồn kích thước cấu trúc lưới bất tuần hoàn tùy thuộc vào thuật tốn hay chiến lược tối ưu hóa hình học Một số áp dụng cấu trúc lưới thiết kế tối ưu hóa hình học cho cơng nghệ gia cơng theo lớp thể hình vẽ sau Bánh Không gian thiết kế Hình 8: Thiết kế tối ưu hình học sử dụng cấu trúc lưới tuần hồn 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Cơng nghệ in ba chiều hay gọi cơng nghệ gia công theo lớp (Additive Manufacturing) công nghệ gia công phát triển dựa công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototype) Công nghệ in ba chiều phát triển vật liệu nhựa polyme vào năm 1990 sau cải tiến phát triển mạnh mẽ vào năm 2010 mà nhiều máy in chiều cho vật liệu kim loại sử dụng công nghệ laser, tia election, plasma chế tạo Đề tài thực việc nghiên cứu lý thuyết tối ưu hóa để xây dựng phương pháp tối ưu hóa hình học việc thiết kế chi tiết khí Phương pháp áp dụng cho nhiều dự án thiết kế nhiều loại sản phẩm khác Đề tài thực việc sử dụng phần mềm tối ưu hóa hình học để sử dụng việc thiết kế chi tiết Các thuật toán tối ưu hóa hình học cho kết tối ưu hóa mơ hình vật liệu rời rạc Do vậy, việc sử dụng phần mềm việc thiết kế chi tiết công nghiệp gặp nhiều khó khan, đặc biệt giai đoạn xây dựng lại bề mặt hình dáng hình học chi tiêt Chính vậy, đề tài đề xuất số giải pháp thay sử dụng kết tối ưu hóa hình học sau sử dụng phần mềm CAD để xây dựng lại mơ hình chi tiết thiết kế Tuy nhiên, đề tài giải phần tốn tối ưu hóa hình học việc thiết kế chi tiết cho cơng nghệ gia cơng theo lớp Từ đề tài mở số hướng nghiên cứu sau: • Xây dựng mơ hình hình học cho cấu trúc lưới để sử dụng tối ưu hóa kết cấu • Sử dụng tối ưu hóa hình học việc thiết kế chi tiết lĩnh vực kỹ thuật nhiệt • Nghiên cứu ứng dụng cấu trúc lưới vật liệu ngành kỹ thuật y sinh, kỹ thuật nhiệt… 24 ... thực tối ưu hóa hình học từ xuất hình dạng hình học tối ưu cho chi tiết cần thiết kế • Xây dựng hình dáng tối ưu chi tiết phần mềm CAD • Sử dụng cấu trúc lưới tối ưu hóa hình học chi tiết thiết kế. .. pháp thiết kế tối ưu hóa hình học phần mềm Solidthinking Inspire 20 Hình 7: Kết quả thiết kế tối ưu hóa hình học cho dĩa xe đạp 21 CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC LƯỚI TRONG THIẾT KẾ TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC... HỖ TRỢ THIẾT KẾ TỐI ƯU HĨA HÌNH HỌC Chương giới thiệu đánh giá số phần mềm hỗ trợ thiết kế tối ưu hóa cho công nghệ in ba chi u Đặc biệt, phần mềm Solidthinking Inspire sử dụng để thiết kế cải