بهبود مقدار ماده مصرفي، مقاومت سايشي و صافي سطح در توليد قطعات ساخت افزايشي به روش طراحي بر اساس تقسيم بندي

Improving the Surface Roughness, Material Consumption and Abrasion Ability of Additive Manufacturing Products by Segmentation Design

تكنولوژي ساخت افزايشي تا حد زيادي توليد قطعات سه بعدي پيچيده از روي مدلشان را آسان تر كرده است. اگرچه فرآيندهاي ساخت افزايشي انعطاف پذيري منحصربه فردي دارند، اما محدوديت هايي نيز دارند كه باعث مي شود محققان نتوانند هر شكل هندسي مشخصي را به راحتي بسازند. برخي از اين محدوديت ها عبارتند از: مصرف ماده به منظور ايجاد ساختار پشتيبان، صافي سطح نامناسب برخي از سطوح با زواياي خاص و غيره. يكي از روش هاي غلبه بر اين مشكلات، طراحي بر اساس تقسيم بندي قطعات است. روش پيش بيني شده متشكل از دو گام است: 1- تقسيم مدل سه بعدي قطعه و 2- يافتن بهترين جهت ساخت براي هر بخش جداشده. در گام اول محققان به دنبال حداقل تقسيمات ممكن به وسيله تشخيص فيچرها و جداسازي آنها با صفحات مناسب و همچنين نحوه اتصال اين قسمت ها هستند كه در گام بعدي بهترين جهت ساخت براي هر بخش جداشده بايستي انتخاب شود. معيار انتخاب بهترين حالت تقسيم بندي و بهترين جهت هاي ساخت اين است كه حجم ساختار پشتيبان، زبري سطح ميانگين و قدرت سايشي سطح بايستي حداقل شود. الگوريتمي كه اين كار را انجام مي دهد، بر پايه الگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات ايجاد شده است كه با استفاده از زبان برنامه نويسي سي شارپ، نوشته شده است. به منظور صحه گذاري بر عملكرد الگوريتم ارايه شده، آزمايش هاي عملي نيز انجام شدند. نتايج اين آزمايش ها نشان داد كه طراحي بر اساس تقسيم بندي، كارآيي فرآيندهاي ساخت افزايشي را از ديدگاه هاي ذكرشده بهبود مي بخشد. اين تحقيق روشي نو براي بهبود عملكرد و كارآيي تكنولوژي هاي ساخت افزايشي ارايه كرده است كه در جهت نزديك شدن اين تكنولوژي ها به مرحله بلوغ، گام بزرگي خواهد بود.

Additive manufacturing technology significantly simplifies the production of complex 3D parts directly by the computer-aided design model. However, additive manufacturing processes have unique flexibility. They still have restrictions that don’t allow engineers to generate some specific geometric shapes, easily. Some of these restrictions are the consumption of materials to supports, the poor abrasion resistance and the inferior surface finish of some surfaces with certain angles. One of the methods to overcome these problems is designing by segmentation. The proposed methodology consists of two steps: 1) segmenting of the 3D model and 2) exploring the best orientation for each segment. In the first step, engineers consider the possible number of segments and the connection method of segments. In this paper, a series of segments is obtained by recognition of features and separating them with one or more appropriate planes. In the second step, the best fabrication orientation should be chosen. The criterion for optimization is that the support volume, abrasion ability, and surface roughness should be minimum. The operation is performed automatically by the algorithm created based on principles of the Particle swarm optimization algorithm using visual C#. Experimental tests show that segmentation design improves additive manufacturing processes from the aspects of material consumption, abrasion volume, and surface quality. This paper presents an original approach to improving the efficiency of additive manufacturing technologies that make the additive manufacturing closer to maturity.