Riassunto analitico
Questo lavoro nasce dalla collaborazione tra BEAMIT e Sandvik Mining e Rock Technology per la riprogettazione di centinaia di pezzi di ricambio di produzione convenzionale delle macchine minerarie Sandvik da produrre attraverso la produzione additiva. L'obiettivo di Sandvik è ridurre i tempi di consegna, sviluppando al contempo capacità ingegneristiche ed esperienza nel campo della produzione additiva.
I metodi di progettazione tradizionali, precedentemente impiegati in BEAMIT, sono troppo laboriosi per gestire grandi quantità di componenti contemporaneamente in una scadenza ravvicinata, da qui la necessità di un nuovo metodo innovativo, che deve essere più efficiente e il più automatizzato possibile.
Dopo una revisione della letteratura sui metodi di progettazione e ottimizzazione strutturale, come l'ottimizzazione della topologia ei metodi di progettazione generativa, è stata condotta un'analisi sui software e sulle tecnologie di modellazione disponibili sul mercato utilizzando un benchmark. Ad ogni software è stato assegnato un punteggio, come somma di parametri accuratamente scelti e ponderati e sono stati selezionati quelli più adatti alle esigenze del progetto per definire un nuovo flusso di lavoro del processo di progettazione: la maggior parte delle parti verrà progettata in modo automatizzato modo, sfruttando la tecnologia di modellazione implicita nTopology insieme all'ambiente CAD di Fusion 360 come supporto, mentre poche parti semplici sono progettate su Fusion 360 da solo attraverso l'applicazione dei risultati teorici della letteratura e l'analisi FE.
È stato sviluppato un metodo di progettazione automatizzato in grado di assegnare condizioni al contorno, calcolare uno studio di riferimento FEM, eseguire una o più ottimizzazioni della topologia, ricostruire una geometria uniforme, rieseguire FEA ed esportare il modello CAD e il modello 3MF. Vengono mostrati pochi casi di studio che implementano nella pratica questo processo di progettazione e vengono discussi gli effetti di elementi di progettazione come strutture reticolari, nervature di superficie conformi e raccordi con particolare attenzione all'industrializzazione di tali parti di studio di casi.
Vengono discussi i risultati sugli effetti del metodo di progettazione automatizzato sulla produttività e sulla produzione e vengono esposti approfondimenti sulle prospettive future.
|
Abstract
This work is born from the collaboration between BEAMIT and Sandvik Mining and Rock Technology for redesigning hundreds of conventional manufacturing spare parts of the Sandvik mining machines to be produced through additive manufacturing. The Sandvik goal is reducing lead times, while developing engineering skills and experience in the additive manufacturing field.
Traditional design methods, previously employed in BEAMIT, are too laborious to handle large amounts of components at once in a tight deadline, hence the need for a new innovative method, which has to be more efficient and as automated as possible.
After a literature review of design and structural optimization methods, like topology optimization and generative design methods, an analysis has been carried out on the softwares and modelling technologies available on the market using a benchmark. A score, as the sum of accurately chosen and weighted parameters, has been assigned to each software and the most suitable for the project needs have been selected to define a new design process workflow: most of the parts are going to be designed in an automated way, exploiting nTopology implicit modelling technology alongside the CAD environment of Fusion 360 as support, while few simple parts are designed on Fusion 360 alone through application of literature theoretical results and FE analysis.
An automated design method capable of assigning boundary conditions, compute a FEM baseline study, run one or several topology optimization, reconstruct a smooth geometry, re-run FEA and export CAD model and 3MF model has been developed. Few case studies implementing in practice this design process are shown and the effect of design elements like lattice structures, conformal surface ribbing and fillets are discussed with focus on the industrialization of such case study parts.
Results on the effects of the automated design method on productivity and manufacturing are discussed and insights on future perspectives are exposed.
|
