Generative topology optimization for additive manufacturing
Eklemeli imalat için üretken topoloji optimizasyonu
- Tez No: 692994
- Danışmanlar: PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Topoloji optimizasyonu metotları pek çok farklı mühendislik alanında tasarım optimizasyonu amacı ile kullanılmaktadır. Topoloji optimizasyonu sayesinde özellikle havacılık ve otomotiv sektöründe kritik parçaların ağırlıkları, mekanik dayanımların istenilen seviyede tutularak azaltılabilmektedir. Ancak topoloji optimizasyonu yöntemleri ile optimize edilen geometriler geleneksel imalat yöntemleri ile üretilemeyecek derecede kompleks olabilmektedirler. Eklemeli imalat yöntemlerindeki gelişmeler sayesinde topoloji optimizasyonu yöntemleri ile kompleks ve fonksiyonel parçaların üretimi mümkün olmuştur. Eklemeli imalat yöntemleri karmaşık geometrilerin üretimi konusunda avantajlı olsa da, destek yapıların azaltılması veya tamamen ortadan kaldırılması veya en küçük barça boyutu gibi kendine özgü bazı kısıtları mevcuttur. Dolayısı ile eklemeli imalat ile üretilecek parçaların topoloji optimizasyonları ile iyileştirilmesi süreçleri de bu kısıtları dikkate alarak yürütülmelidir. Ayrıca topoloji optimizasyonu yöntemleri ile oluşan geometrilerin yüzeyleri parçalı olduğundan üretim öncesinde bu yüzeylerde pürüz giderme işlemleri uygulanması gerekmektedir. Mevcut durumda eklemeli imalat süreçleri için uçtan uca bütünleşik bir çözüm bulunmamaktadır. Bu Yüksek Lisans çalışması kapsamında eklemeli imalat süreçlerinin üretim kısıtlarına göre topoloji optimizasyonunu mümkün kılan yeni bir metodoloji geliştirilmiştir. Eklemeli imalat kısıtları destek yapılarının ve en küçük parça boyutu özelliklerini optimize edecek şekilde tanımlanmıştır. Dolayısı ile önerilen yöntem bir çoklu optimizasyon problemi haline gelmiştir. Bu nedenle, lineer olmayan çoklu amaç fonksiyonunu çözmek için buluşsal arama yöntemleri seçilmiştir. Böylece önerilen yöntem en iyi sonuçlar kümesini amaç fonksiyonlarının ağırlıklı tercihine göre kolayca verebilmektedir. Oluşturtulan geometriler parametrik pürüzsüz yüzeyler ile ifade edilmektedir, bu nedenle önerilen yöntemin ardından yüzey iyileştirmesi veya ardıl ikincil işlemlerin uygulanmasına gerek kalmadan kolayca eklemeli imalat ile üretilebilecek sonuçlar elde edilmektedir. Önerilen yöntem üretim kısıtlarını sağlarken, en iyi amaç fonksiyonunu elde etmek için genetik arama algoritmasının araştırıldığı üretken tasarım yaklaşımlarını kullanmaktadır. Önerilen yöntem, topoloji optimizasyon sonuçlarına göre tasarım alanı içinde temel parametrik eğrilerden oluşan iskelet yapıları oluşturulur. Ardından alternatif geometriler amaç fonksiyonun uygunluğuna göre sıralanmaktadır. Bu çalışmanın sonuçları, önerilen yöntem ile parçaların mekanik dayanımından ödün vermeden destek yapıların en aza indirilebileceğini göstermiştir. Ayrıca bu yöntem ile, kendinden destekli yapıların dahi oluşturulması mümkündür. Aynı şekilde önerilen yöntem ile pürüzsüz yüzeyler ve eklemeli imalat için hazır sonuç geometrileri elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Topology optimization methods have been used for different design optimization purposes in various engineering fields. One of the most commonly used topology optimization method is for reducing weight of a part while still providing required mechanical properties. However, the resultant geometry of the topology optimized parts could become more complex such that they cannot be manufactured using conventional manufacturing processes. With the advancement in additive manufacturing processes, complex and functional parts can be manufactured, democratizing topology optimization and design processes. Although additive manufacturing can produce complex shapes, it has some limitations, such as minimum feature size or reducing or eliminating required support structures. Moreover, the resultant geometries of the part created after topology optimization could have rough mesh surfaces that must be smoothed before additive manufacturing process. In other words, complicated post-processing or surface fitting operations are required to prepare the topology optimized parts for additive manufacturing. Currently, there is no end-to-end and synergistic solution for additive manufacturing and topology optimization methods. In this study, a new generative topology optimization methodology was developed to be used for additive manufacturing processes. While minimizing the weight of the part, additive manufacturing constraints are formulated as minimizing support structures and satisfying minimum feature size. Therefore, the objective of the proposed method becomes a multi-objective optimization problem. Thus, a heuristic search algorithm method was chosen for solving non-linear objective functions under constraints. The proposed method uses generative design approaches such that genetic search algorithms have been investigated for achieving the best objective function among design alternatives. To create additively manufacturable smooth surfaces, the proposed method creates outlines called skeletons inside the design domain according to the topology optimization results. The generated surfaces are represented using smooth parametric surfaces so they can be directly and easily used for additive manufacturing without any surface fitting or post-processing. The developed method was implemented, and various example parts were optimized. The results showed that the proposed method can satisfy additive manufacturing constraints without compromising the mechanical properties of the part. Even self-supported geometries can be achieved. Likewise, smooth, and ready to additive manufacture final surfaces could be obtained with the proposed method.
Benzer Tezler
- Redesign of drivetrain component of a shell eco marathon vehicle for additive manufacturing via topology optimization
Shell eco marathon aracının aktarma organı bileşeninin katmanlı imalat üretimi için topoloji optimizasyonu ile yeniden tasarlanması
AHMET ERKAN KILIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiPiri Reis ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN YAVUZ YÜCESOY
DR. ÖĞR. ÜYESİ ATİLLA SAVAŞ
- Eklemeli imalat için üretken tasarım yöntemi ile bağlantı kolunun optimizasyonu
Optimization of connection rod through generative design for additive manufacturing
ERENCAN AYBERK AYDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiGazi Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SALİH KORUCU
- Improving mechanical properties of additive manufacturing products using novel infill and slicing methods
Katmanlı imalat ürünlerinin mekanik özelliklerinin yenilikçi dolgu ve dilimleme yöntemleri ile gelistirilmesi
ARASH ARMANFAR
Doktora
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN GÜNPINAR
- İzotropi koşullu latis malzemeler kullanarak topoloji optimizasyonu
Topology optimzation using lattice materials with isotrophy condition
ZEYNEP SÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Yönlendirilmiş enerji girdili metal katmanlı imalat yöntemi için topoloji optimizasyonu
Topology optimization for directed energy deposition metal additive manufacturing
METİN ÇALLI
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERRUH ÖZTÜRK