To Örebro University

Vid topologioptimering erhålls ofta komplexa geometrier som är svåra att tillverka med traditionella tillverkningsmetoder. Additiv tillverkning möjliggör tillverkning av topologioptimerade komponenter men har också begräsningar. En av dessa begränsningar är överhäng, där för mycket överhäng kräver att stödmaterial adderas. Det är därför önskvärt att, redan i designstadiet, ta hänsyn till detta och designa självbärande komponenter. I Altair solidThinking Inspire 2018, programvara för topologioptimering, kan hänsyn tas till överhäng. I examensarbetet utvärderas överhängsbivillkoret i fyra fallstudier. Fallstudie ett är en tvådimensionell L-formad geometri. Fallstudie två är ett motorfäste som ingick i en designtävling som hölls av företaget GE under 2013. Fallstudie tre och fyra är två stycken plåtformningsverktyg. För plåtformningsverktygen analyseras, tillskillnad från fallstudie ett och två, även krafter och randvillkor som påverkar verktygen.

I Inspire finns två målfunktioner, minimera komplians och minimera massa tillsammans med ett spänningsbivillkor. Den L-formade geometrin är ett vanligt förekommande problem vid utvärdering av spänningsbivillkor. Detta på grund av ett invändigt hörn som vid belastning påvisar spänningskoncentrationer. För fallstudie ett testas båda målfunktionerna och resultatet utvärderas.

Ett ofrånkomligt problem vid topologioptimering är att konvertera den erhållna lösningen till en CAD-geometri utan att frångå optimum. I Inspire finns ett konverteringsverktyg, PolyNURBS, för att underlätta skapandet av CAD-geometrier. I fallstudie ett, tre och fyra konverteras lösningarna med PolyNURBS.

Det har framkommit i fallstudierna att överhängsfunktionen i dagsläget inte genererar tillfredställande resultat. Under arbetet har det visats sig att lösningar för extrudering lämpar sig väl för att minimera stödmaterial vid additiv tillverkning. För strukturer med kontinuerliga tvärsnitt har konvertering visat sig problemfri. I flertalet fall erhölls lösningar med geometrier som var svåra att konvertera med PolyNURBS.

Complex geometries that are hard or impossible to manufacture with traditional methods is obtained when using topology optimization. Additive manufacturing gives the opportunity to manufacture topology optimized geometries but have some limitations. One of these limitations is overhang, therefore support material is needed for structures with too much overhang. With that in mind, it’s desirable to design self supporting components already in the design process. Altair solidThinking Inspire 2018, a software for topology optimization, have a manufacturing constraint for eliminating overhang. In this thesis the overhang constraint is evaluated in four separate case studies. The first case study is a two-dimensional L-shaped geometry. Case study two is an engine bracket from a design competition that was held be the company GE, back in 2013. Case study three is a cutting tool and case study four is a stamping tool. For case studies three and four, as opposed to the other cases, the forces and boundary conditions that affects the tools are analyzed.

In Inspire there are two objective functions, minimizing compliance and minimizing mass with a stress constraint. The L-shaped geometry in case study one is an often-occurring problem when evaluating stress constraints. This is because of an internal corner that shows stress concentrations when a force is applied to the geometry. Case study one evaluates and analyzes both objective functions that exists in Inspire.

A well-known problem is to convert often complex topology optimized solutions to a CAD-geometry without departing from optimum. In Inspire there is a converting tool, PolyNURBS, that aims to help converting the solution to a CAD-geometry. PolyNURBS is used to convert the solutions from case studies one, three and four to CAD-geometries.

The results from these case studies shows that the function for minimizing overhang doesn’t generate adequate solutions. If the aim is to minimize support material in additive manufacturing, it has shown that Inspire’s function for extrusion could be used. Converting solutions that have continuous cross sections with PolyNURBS has been done without problems. However, solutions from topology optimization tends to generate structures that are hard to convert with PolyNURBS.