راه حل های نرم افزاری بهینه سازی توپولوژی پرینت سه بعدی

بهینه سازی پرینت سه بعدی فرآیندی است که هدف آن کاهش یک قطعه به حداقل هندسه ممکن برای پرینت سه بعدی است. برای انجام این کار، یک مفهوم اولیه از یک قطعه با استفاده از محاسبات مبتنی بر کامپیوتر بهینه شده است تا مواد کمتری برای تولید آن بدون افت عملکرد مورد نیاز باشد. صرفه جویی در مواد نیز منجر به کاهش هزینه ها می شود. مزایای بهینه سازی توپولوژی را می توان در صنایع متعددی احساس کرد که به نوبه خود باعث افزایش تقاضا برای نرم افزارهای تخصصی می شود.

طبق گزارش Market Research Intellect، انتظار می‌رود که بازار نرم‌افزار بهینه‌سازی توپولوژی ساختاری تا سال 2031 به 21.02 میلیارد دلار برسد که با CAGR سالانه 11.09% بین سال‌های 2024 تا 2031 رشد می‌کند. با توجه به این روند، واضح است که راه‌حل‌های بهینه‌سازی توپولوژی بیشتر و بیشتری در حال توسعه هستند. اما وضعیت فعلی چیست؟ بیایید نگاهی به راه‌حل‌های نرم‌افزار بهینه‌سازی توپولوژی بیاندازیم که برای تولید افزودنی مناسب هستند.

3DXpert

3DXpert یک نرم افزار همه کاره است که در اصل متعلق به 3D Systems بود و در سال 2022 تحت نام تجاری Oqton قرار گرفت. 3D Systems Oqton را در سال 2021 خریداری کرد و اکنون یک شرکت تابعه نرم افزار مستقل است. 3DXpert یک نرم افزار جامع و یکپارچه برای تولید افزودنی های سه بعدی است که کل گردش کار را از طراحی تا چاپ بهینه می کند. این نرم افزار برای جلوگیری از خطاهای پرهزینه با یکپارچه سازی تمام فرآیندهای AM در یک محیط نرم افزاری از جمله DfAM، آماده سازی چاپ، شبیه سازی و بازرسی طراحی شده است.

علاوه بر این، 3DXpert مجموعه ای اختصاصی از ابزارهای طراحی مورد نیاز برای تغییرات سبک وزن، بافت و قابلیت چاپ را فراهم می کند. این موارد عبارتند از: بهینه سازی توپولوژی، مش بندی، بافت سازی، مدل سازی ضمنی و موارد دیگر. این نرم افزار برای پروژه های صنعتی در صنایع مختلف ایده آل است و به ویژه برای آوردن اتوماسیون و سرعت در فرآیندها شناخته شده است.

نرم افزار بهینه سازی توپولوژی پرینت سه بعدی Ameba از XIE Technologies

Ameba، نرم افزار XIE Technologies، به عنوان یک ابزار بهینه سازی توپولوژی پیشرفته که استفاده از آن آسان و شهودی است، ایجاد شده است. Ameba بر اساس فناوری بهینه سازی ساختاری تکاملی دو جهته (BESO) که توسط پروفسور یی مین (مایک) زی توسعه یافته است، Rhino-Grasshopper را برای مدل سازی و پردازش پس از مدل ها ادغام می کند. با Ameba می توان مدل های محدود را در مدت زمان بسیار کوتاهی تحلیل کرد و توپولوژی آنها را با استفاده از محاسبات ابری بهینه کرد. این نرم افزار همچنین دارای کتابخانه های محاسباتی و فایل های متن باز متعددی است که داده ها را می توان در هر دو مرحله پیش پردازش و پس پردازش دستکاری کرد. در نهایت، آمیبا قابلیت توسعه بالایی دارد و به راحتی با نرم افزارهای خارجی ادغام می شود و آن را به ابزاری همه کاره برای طراحی پیشرفته تبدیل می کند.


مهندسی Altair و طیف وسیعی از نرم افزارهای آن برای بهینه سازی توپولوژی پرینت سه بعدی

Altair Engineering شرکتی است که به توسعه نرم افزار و راه حل های ابری اختصاص دارد. نرم افزارهای ارائه شده آن شامل چندین راه حل مدل سازی سه بعدی است که برخی به طور خاص برای تولید مواد افزودنی طراحی شده اند. به عنوان مثال، Altair HyperWorks® یک پلت فرم طراحی و شبیه سازی کامل است که بهینه سازی توپولوژی را از طریق تجزیه و تحلیل یکپارچگی ساختاری طرح ها، دوام، دینامیک، وزن، استحکام و کارایی مواد یکپارچه می کند. در این پلتفرم ابزارهای بهینه سازی توپولوژی خاصی مانند OptiStruct وجود دارد. این روش‌های مختلف بهینه‌سازی ساختاری و طیف وسیعی از عملکردهای مفید در فرآیندهای تولید سنتی، با مواد کامپوزیت و ساخت افزودنی را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، این شرکت Altair Inspire را توسعه داده است، مجموعه ای از برنامه ها که طراحی مبتنی بر شبیه سازی را تسریع می بخشد. یکی از ابزارهای برجسته Altair® Inspire™ Print3D است که عملکردهای خاصی را برای کاهش استفاده از مواد در فرآیندهای خاص مانند Powder Bed Fusion و Binder Jetting ارائه می دهد. علاوه بر این، ابزارهایی برای ساخت قالب، اکستروژن فلز و پلیمر و غیره وجود دارد.

Ansys Additive Suite

Ansys Additive Suite یک راه حل جامع و قدرتمند است که به تولید پرینت سه بعدی  فلزی اختصاص داده شده است که به جلوگیری از خرابی در ساخت کمک می کند و در عین حال اطمینان می دهد که قطعات حاصل با مشخصات طراحی مطابقت دارند. این اطلاعات ضروری را در اختیار طراحان، مهندسان و تحلیلگران قرار می دهد که کل گردش کار، از بهینه سازی توپولوژی تا اعتبارسنجی طراحی را پوشش می دهد. از ویژگی های پیشرفته آن می توان به دستکاری فایل STL، آنالیز ساختاری و حرارتی، و شبیه سازی فرآیندهای افزودنی، از جمله ذوب لیزر پودر (DMLS)، DED و تف جوشی فلز اشاره کرد. علاوه بر این، Ansys Discovery، اولین ابزار طراحی مبتنی بر شبیه‌سازی برای ترکیب شبیه‌سازی فیزیکی فوری و مدل‌سازی پیشرفته، برای پشتیبانی از پروژه‌های تولید افزایشی در دسترس باقی مانده است.

Cognitive Design

نرم افزار Cognitive Design توسط شرکت فرانسوی Cognitive Design Systems ساخته شده است. طیف گسترده ای از عملکردها را ارائه می دهد و هدف آن بهینه سازی طرح ها، صرف نظر از پیچیدگی آنها است. با تکیه بر رویکرد مبتنی بر شبیه سازی، طراحان CAD می توانند بهترین استراتژی ها را برای کاهش وزن مدل های سه بعدی خود و ایجاد اشکال جدید شناسایی کنند. به عنوان مثال، این نرم افزار می تواند دنده ها، ساختارهای شبکه ای را ادغام کند یا با پرکننده ها بازی کند. کاربران می‌توانند این بهینه‌سازی‌های هندسی را به صورت نیمه خودکار پیاده‌سازی کنند و انعطاف‌پذیری بیشتر و کاهش زمان طراحی را ارائه دهند. علاوه بر این، طراحی شناختی می‌تواند مدل‌هایی را برای پرینت سه‌بعدی تولید کند و هر گونه خطای تولیدی را در این مرحله شناسایی کند. به عنوان مثال از ضخامت دیوارها، قرار گرفتن قطعه روی سینی و غیره به شما هشدار می دهد. به طور خلاصه، این راه حلی است که فراتر از بهینه سازی توپولوژی است تا به ساده سازی فرآیند تولید کمک کند.

COMSOL Multiphysics

COMSOL Multiphysics یک نرم افزار جامع برای بهینه سازی توپولوژی است که برای بهبود طراحی قطعات پرینت سه بعدی استفاده می شود. این نرم افزار از روش های عددی پیشرفته استفاده می کند و ابزارهایی را برای مدل سازی چند فیزیک و تک فیزیک ارائه می دهد که به طور کامل با یکدیگر ادغام شده اند. همچنین اجازه می دهد تا کل گردش کار را با رابط بصری خود به طور موثر و آسان مدیریت کنید. ادغام افزونه COMSOL Multiphysics®، به نام ماژول بهینه‌سازی، همچنین ابزارهای اضافی را برای تخمین پارامتر و بهینه‌سازی بر اساس شکل و توپولوژی فراهم می‌کند. برخی از نمونه های عملی از قابلیت های ماژول بهینه سازی در وب سایت موجود است. اینها شامل نشان دادن بهینه سازی توپولوژیکی یک قلاب برای توزیع بهتر مواد و وزن و طراحی یک سیم پیچ برای به حداکثر رساندن چگالی شار مغناطیسی است. در نهایت، نرم افزار دو رابط کاربری مختلف برای بهینه سازی شکل و پارامتر ارائه می دهد.

Netfabb

Netfabb که در سال 2015 توسط Autodesk خریداری شد، یک راه حل نرم افزاری با هدف آماده سازی فرآیند تولید است. از جمله ویژگی‌های اصلی آن می‌توان به تبدیل و واردات مدل‌هایی که از برنامه‌های CAD مختلف می‌آیند، به حداکثر رساندن تعداد قطعاتی که قابلیت چاپ دارند و همانطور که انتظار می‌رود، بهینه‌سازی طراحی برای تولید افزودنی‌ها را می‌توان یافت. به دلیل آزادی بزرگ طراحی ارائه شده توسط این فناوری، Netfabb مجبور شد بهینه سازی توپولوژی را در راه حل نرم افزاری خود ادغام کند. این برنامه علاوه بر آماده شدن برای فرآیند چاپ، با پیش‌بینی اینکه چگونه قطعات ممکن است تحت تأثیر قرار بگیرند، امکان کاهش خرابی‌ها در طول فرآیند چاپ را فراهم می‌کند. Netfabb در 4 نسخه مختلف استاندارد، پریمیوم، نهایی و شبیه سازی موجود است، بنابراین قیمت آن بسته به نسخه انتخابی متفاوت خواهد بود.

nTop Software

nTop که در نیویورک مستقر است، شرکتی است که به توسعه راه حل های بهینه سازی توپولوژیکی برای حل مسائل پیچیده مهندسی در تولید افزودنی اختصاص دارد. نرم‌افزار nTop آن دسترسی به مجموعه‌ای از ویژگی‌ها را برای تغییر روش طراحی، پالایش و مقیاس‌بندی توسعه محصول فراهم می‌کند. علاوه بر گزینه پایه، این شرکت دو نوع را برای گسترش قابلیت های مدل سازی ارائه می دهد. به عنوان مثال، nTop Automate به شما امکان می دهد گردش کار طراحی را در مقیاس اجرا کنید، همه در یک محیط برنامه نویسی. به نوبه خود، nTop Core اجازه می دهد تا برنامه ها را با فایل های ضمنی متصل کنید و از تبدیل به مش های B-rep یا STL اجتناب کنید. این منجر به یک فرآیند بدون درز می شود که طراحی های وفاداری بالاتر و قطعات عملکرد بهتری را به همراه دارد. بدون شک این یک گزینه مقرون به صرفه برای صنعت پر تقاضای سه بعدی است که به طور مداوم به دنبال سبک کردن قطعات و کاهش هزینه های تولید است.

OpenPisco

OpenPicso یک نرم‌افزار بهینه‌سازی توپولوژی متن‌باز مدولار است که فرآیند طراحی ساختاری آن از شبکه‌ها، مش‌های بدون ساختار و مش‌های سازگار با بدنه پشتیبانی می‌کند. علاوه بر این، این نرم افزار یک رابط کاربری گرافیکی کاربرپسند، یک برنامه کاربردی خط فرمان و یک کتابخانه پایتون ارائه می دهد. تمرکز بر مدولار بودن، توسعه پذیری و قابلیت همکاری است. علاوه بر این، کاربر می تواند روال هایی مانند الگوریتم های بهینه سازی یا پردازش شبکه را بدون تغییر کد منبع یکپارچه کند. روش بهینه سازی توپولوژی بر اساس یک موتور مدل سازی ضمنی است. OpenPisco در حال حاضر توسط IRT SystemX و Safran Tech، مرکز تحقیقات و فناوری Safran در حال توسعه است.

Siemens NX

زیمنس یک راه حل نرم افزاری یکپارچه به نام NX توسعه داده است. این به هر کاربری اجازه می دهد تا با ساده کردن مراحل مدل سازی از تمام مزایای تولید افزودنی بهره مند شود. به عبارت دقیق، ابزار آن به کاربران اجازه می دهد تا برای چاپ سه بعدی طراحی کنند، قسمت خود را آماده کنند، آن را تجسم کنند، تکرارها را ضرب کنند، و غیره. راه حلی ایجاد کرده است که به هندسه سنتی اجازه می دهد با مدل های مش در همان مدل همگرا شود. اگر کاربر بخواهد قسمت خود را بهینه کند، دیگر نیازی به مرور فرمت فایل دیگری و صادرات آن ندارد: همه چیز در همان پلتفرم انجام می شود. NX به خودی خود یک نرم افزار بهینه سازی توپولوژی نیست: این یک راه حل همه کاره است که این عملکرد را برای تولید افزودنی ارائه می دهد.

 

TopOpt, Topology Optimization Software for Grasshopper

TopOpt ابزاری است که در محیط برنامه نویسی بصری Grasshopper، Rhinoceros 3D ادغام شده است و برای کشف روش های جدید بهینه سازی توپولوژیکی در زمینه های معماری و مهندسی سازه طراحی شده است. در حال حاضر در فاز آلفا، TopOpt انواع استراتژی‌های بهینه‌سازی را ارائه می‌کند، از جمله رویکرد دوبعدی برگرفته از یک برنامه کاربردی تلفن همراه تعاملی، روشی متمرکز بر ساختارهای پیوسته بهینه‌سازی شده برای تنش و فشرده‌سازی، و یک مدل دو ماده برای ساختارهای کامپوزیت. توسعه نرم افزار آینده ویژگی های پیشرفته ای مانند بهینه سازی سه بعدی و تجسم تعاملی بیشتر را در بر خواهد گرفت. TopOpt که با Grasshopper for Rhino 4 و 5 سازگار است، یک گام بزرگ به جلو برای طراحانی است که مایل به ادغام راه حل های بهینه سازی با کارایی بالا در پروژه های خود هستند.

Tosca

Tosca یک مجموعه بهینه سازی از Dassault Systèmes است. این یک راه حل قدرتمند ساختاری و بهینه سازی جریان بر اساس شبیه سازی FEA و CFD است. این شرکت دو راه حل محصول در این زمینه ارائه می دهد: ساختار Tosca و Tosca Fluid. Tosca Structure را می توان برای بهینه سازی در طراحی قطعات سبک وزن، سفت و سخت و بادوام استفاده کرد. به لطف بهینه سازی توپولوژی، می توان فرآیند توسعه و همچنین زمان رسیدن به بازار را کاهش داد. این مزیتی است که سازندگان خودرو، در میان دیگران، می دانند چگونه از آن استفاده کنند. نسخه فعلی توسکا با پایتون 3.7.1 ارائه می شود و برای ایجاد خودکار شرایط توقف بهبود یافته است. محصول دوم، Tosca Fluid، برای طراحی و توپولوژی جریان سیال ناپارامتریک برای اجزا و سیستم ها استفاده می شود.

Topology Optimization Software in Z88

در سال 1985 پروفسور Dr.-Ing. فرانک ریگ اولین نسخه نرم افزار المان محدود Z88 را در FORTRAN در دانشگاه بایروث توسعه داد. امروزه، توسعه بیشتر شامل انواع مختلفی است، از جمله Z88OS به عنوان یک هسته محاسبه منبع باز برای درک اساسی FEA، نسخه رابط کاربری گرافیکی کاربرپسند Z88Aurora®، که همچنین داده های CAD را پردازش می کند، و Z88Arion® برای بهینه سازی توپولوژی. علاوه بر این، برنامه های تلفن همراه Z88Tina و Z88Mobile تجسم سریع نتایج شبیه سازی را امکان پذیر می کنند. کل خانواده Z88 رایگان باقی می‌ماند و در درجه اول برای آموزش مهندسی در دانشگاه‌ها و کالج‌های فنی استفاده می‌شود. Z88Arion® یک رابط کاربر پسند با هسته‌های محاسباتی قدرتمند ارائه می‌کند و به قسمت‌های پیش‌پردازنده، حل‌کننده و پس‌پردازنده تقسیم می‌شود تا امکان آشنایی سریع و محاسبات کارآمد را فراهم کند.

منبع