Utvärdering av programvara för optimering av komponent framställd genom additiv tillverkning
Bäckström, Filip (2024)
2024
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202405039001
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202405039001
Tiivistelmä
Detta examensarbete har gjorts på uppdrag av Bonded Abrasives-avdelningen på Mirka Ab under vintern och våren 2024. Inom företagets produktutveckling pågår kontinuerlig förbättring av bland annat tillverkningsprocesser, inklusive användning av additiva tillverkningsmetoder.
Syftet med arbetet var att utvärdera en programvara för optimering av komponenter framställd genom additiv tillverkning, med särskilt fokus på en programvara kallad nTopology. Genom utvärderingen skulle även kunskaperna inom programvarans funktioner breddas för att kunna tillämpas i kommande projekt.
Genom effektivisering av den additiva tillverkningsprocessen, exempelvis genom att minska materialåtgång och tillverkningstid, kan produktionskostnaderna minskas och effektiviteten ökas.
Målet med arbetet var att genomföra viktoptimering av rektangulära provbitar med tre olika gitterstrukturer. Modelleringen och optimeringen av provbitarna utfördes i Siemens NX och nTopology. Förutom optimeringen genomfördes även en finit elementanalys, specifikt en statisk analys på 29 strukturer. Syftet med analysen var att observera provbitarnas deformation under en given belastning, för att avgöra vilka tre strukturer som skulle undersökas närmare. Samtidigt genomfördes böjprov på provbitarna för att undersöka de mekaniska egenskaperna och hur de påverkades av optimeringen.
De viktoptimerade provbitarna och referensproven tillverkades genom additiv tillverkning, med en av de mest använda metoderna inom området. På vilket sätt de tillverkades bestämdes genom parametrar i ett skiktningsprogram kallat INTAMSUITE NEO.
Resultaten visar delvis förutsägbara trender. Minskad densitet leder till minskad materialåtgång, men tillverkningstiden ökar, speciellt för komplexa geometrier. Den faktiska materialåtgången visar sig vara mindre än den teoretiska, som angavs av skiktningsprogrammet. Det kan även noteras att den uppmätta deformationen är större än den som förutsågs i simuleringen. Elasticitetsmodulen minskar när densiteten minskar, och samma observationer görs för spänning-töjningskurvorna.
Arbetets syfte ansågs hade uppnåtts, då utvärderingen visade att viktoptimeringar och simuleringar kan genomföras i programvaran. Målet att minska tillverkningskostnaderna uppfylldes delvis, och resultaten möjliggjorde jämförelse av de mekaniska egenskaperna hos de viktoptimerade provbitarna. This thesis is made on behalf of the Bonded Abrasives department in Mirka Ltd, during the winter and spring of 2024. Within the company’s product development, there is continuous improvement of, for instance, manufacturing processes, including the use of additive manufacturing methods.
The purpose of the work was to evaluate a software for the optimization of components produced by additive manufacturing, with a particular focus on a software called nTopology. Through the evaluation, the knowledge of the software’s functions would also be broadened in order to be applied in future projects.
By streamlining the additive manufacturing process, for example, by reducing material consumption and manufacturing time, production costs can be reduced, and efficiency increased.
The goal of the work was to carry out weight optimization of rectangular test pieces with three different lattice structures. The modeling and optimization of the test pieces was performed in Siemens NX and nTopology. In addition to the optimization, a finite element analysis was also carried out, specifically a static analysis of 29 structures. The purpose of the analysis was to observe the deformation of the test pieces under a given load, in order to determine which three structures should be investigated more closely. At the same time, bending tests were carried out on the test pieces to investigate the mechanical properties and how they were affected by the optimization.
The weight-optimized test pieces and reference samples were manufactured by additive manufacturing, one of the most widely used methods in the field. How they were manufactured was determined by parameters in a slicing program called INTAMSUITE NEO.
The results show partially predictable trends. Reduced density leads to reduced material consumption, but the manufacturing time increases, especially for complex geometries. The actual material consumption turns out to be less than the theoretical one, which was indicated by the slicing program. It can also be noted that the measured deformation is greater than that predicted in the simulation. The modulus of elasticity decreases as the density decreases, and the same observations are made for the stress-strain curves.
The purpose of the work was considered to have been achieved, as the evaluation showed that weight optimizations and simulations can be carried out in the software. The goal of reducing manufacturing costs was partially achieved, and the results allowed a comparison of the mechanical properties of the weight-optimized test pieces.
Syftet med arbetet var att utvärdera en programvara för optimering av komponenter framställd genom additiv tillverkning, med särskilt fokus på en programvara kallad nTopology. Genom utvärderingen skulle även kunskaperna inom programvarans funktioner breddas för att kunna tillämpas i kommande projekt.
Genom effektivisering av den additiva tillverkningsprocessen, exempelvis genom att minska materialåtgång och tillverkningstid, kan produktionskostnaderna minskas och effektiviteten ökas.
Målet med arbetet var att genomföra viktoptimering av rektangulära provbitar med tre olika gitterstrukturer. Modelleringen och optimeringen av provbitarna utfördes i Siemens NX och nTopology. Förutom optimeringen genomfördes även en finit elementanalys, specifikt en statisk analys på 29 strukturer. Syftet med analysen var att observera provbitarnas deformation under en given belastning, för att avgöra vilka tre strukturer som skulle undersökas närmare. Samtidigt genomfördes böjprov på provbitarna för att undersöka de mekaniska egenskaperna och hur de påverkades av optimeringen.
De viktoptimerade provbitarna och referensproven tillverkades genom additiv tillverkning, med en av de mest använda metoderna inom området. På vilket sätt de tillverkades bestämdes genom parametrar i ett skiktningsprogram kallat INTAMSUITE NEO.
Resultaten visar delvis förutsägbara trender. Minskad densitet leder till minskad materialåtgång, men tillverkningstiden ökar, speciellt för komplexa geometrier. Den faktiska materialåtgången visar sig vara mindre än den teoretiska, som angavs av skiktningsprogrammet. Det kan även noteras att den uppmätta deformationen är större än den som förutsågs i simuleringen. Elasticitetsmodulen minskar när densiteten minskar, och samma observationer görs för spänning-töjningskurvorna.
Arbetets syfte ansågs hade uppnåtts, då utvärderingen visade att viktoptimeringar och simuleringar kan genomföras i programvaran. Målet att minska tillverkningskostnaderna uppfylldes delvis, och resultaten möjliggjorde jämförelse av de mekaniska egenskaperna hos de viktoptimerade provbitarna.
The purpose of the work was to evaluate a software for the optimization of components produced by additive manufacturing, with a particular focus on a software called nTopology. Through the evaluation, the knowledge of the software’s functions would also be broadened in order to be applied in future projects.
By streamlining the additive manufacturing process, for example, by reducing material consumption and manufacturing time, production costs can be reduced, and efficiency increased.
The goal of the work was to carry out weight optimization of rectangular test pieces with three different lattice structures. The modeling and optimization of the test pieces was performed in Siemens NX and nTopology. In addition to the optimization, a finite element analysis was also carried out, specifically a static analysis of 29 structures. The purpose of the analysis was to observe the deformation of the test pieces under a given load, in order to determine which three structures should be investigated more closely. At the same time, bending tests were carried out on the test pieces to investigate the mechanical properties and how they were affected by the optimization.
The weight-optimized test pieces and reference samples were manufactured by additive manufacturing, one of the most widely used methods in the field. How they were manufactured was determined by parameters in a slicing program called INTAMSUITE NEO.
The results show partially predictable trends. Reduced density leads to reduced material consumption, but the manufacturing time increases, especially for complex geometries. The actual material consumption turns out to be less than the theoretical one, which was indicated by the slicing program. It can also be noted that the measured deformation is greater than that predicted in the simulation. The modulus of elasticity decreases as the density decreases, and the same observations are made for the stress-strain curves.
The purpose of the work was considered to have been achieved, as the evaluation showed that weight optimizations and simulations can be carried out in the software. The goal of reducing manufacturing costs was partially achieved, and the results allowed a comparison of the mechanical properties of the weight-optimized test pieces.