طراحي و شبيه سازي ميكروپهپاد با استفاده از بهينه ‌سازي توپولوژي و فناوري ساخت افزودني

گسترش قابليت‌ها و توسعه روزافزون فناوري ساخت افزودني، سبب كاهش هزينه‌ها در توليد محصولات سفارشي‌شده است و همچنين امكان توليد ساختارهاي پيچيده براي ميكروپهپادها را فراهم كرده است. وزن عموماً يكي از اصلي‌ترين ويژگي‌هاي طراحي ميكروپهپادها است، اما اغلب به‌عنوان معاوضه‌اي در برابر دوام و ساير قابليت‌ها مي‌باشد. بااين‌حال، ساختارهاي فوق سبك مي‌توانند با استفاده از ساخت افزودني و بهينه‌سازي توپولوژي، بدون به خطر انداختن يكپارچگي سازه، تحقق يابند. اين مطالعه به بررسي استفاده از اين دو فناوري براي طراحي و ساخت ميكروپهپادهاي سبك‌وزن بهينه‌سازي شده مي‌پردازد. طراحي مولد با استفاده از الگوريتم‌هاي هوش مصنوعي، بهينه‌سازي توپولوژي را براي توزيع بار بهينه انجام مي‌دهد و كارايي خود را در شبيه‌سازي‌هاي مختلف نشان داده است. پژوهش حاضر به پيچيدگي‌هاي طراحي ميكروپهپاد و وابستگي متقابل بين هندسه، روش ساخت و مواد پرداخته است. در اين پژوهش، قاب ميكروپهپاد از نوع مربعي، با روش چاپ سه‌بعدي رسوب ذوب‌شده (FDM) و فيلامنت PETG ساخته شد. خواص مطلوب ماده انتخاب‌شده از طريق آزمايش مكانيكي و بررسي مطالعات پيشين مشخص گرديد. سپس، بهينه‌سازي توپولوژي براي ايجاد ساختار بدنه سبك‌وزن با پيكربندي X انجام گرفت. طرح بهينه‌شده چاپ سه‌بعدي شد و از طريق آزمون بارگذاري براي اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي المان محدود ارزيابي گرديد. نتايج آزمايش‌ها و شبيه‌سازي‌ها نشان داد كه تركيب بهينه‌سازي توپولوژي و چاپ سه‌بعدي مي‌تواند به‌طور ايمن و قابل‌اعتماد براي طراحي و توليد سريع ميكروپهپادها به كار رود. مدل بهينه‌سازي شده نهايي كه توسط ساخت افزودني توليد شد، قادر به تحمل وزني معادل 100 برابر جرم خود بود كه نشان‌دهنده بهينه‌تر بودن اين مدل نسبت به طرح‌هاي مطالعات پيشين است.