Topology optimization of an aircraft structural part for additive manufacturing

Abstract

Topoloji optimizasyonu, malzeme kullanımını ve üretim maliyetlerini en aza indirirken belirli işlevsel gereksinimleri karşılayan yüksek performanslı parçalar oluşturmak için güçlü bir araçtır. Tipik olarak, parçanın dijital bir modelini oluşturmayı, işlevsel gereksinimleri ve kısıtlamaları tanımlamayı ve bir dizi olası tasarım oluşturmak için yazılım algoritmalarını kullanmayı içerir. Bu araç uzun yıllardır kullanılmasına rağmen, optimize edilmiş parçaların imalatında her zaman birçok sorun olmuştur. Teknoloji geliştikçe, endüstriler için optimize edilmiş parçaları uygulayabilmek için çeşitli üretim tekniklerinde önemli gelişmeler olmuştur. En önemli tekniklerden biri eklemeli imalattır (AM). Topoloji optimizasyonu ve AM kombinasyonu, özellikle havacılık endüstrisinde topolojik olarak optimize edilmiş parçaların üretim zorluklarını ortadan kaldırmak için çeşitli avantajlar sağlamıştır. Bu geliştirmeler ile optimize edilmiş tasarım AM kullanılarak üretilebilir ve son parça kullanım amacına göre tasarlanmış bir geometriye sahip olabilir. Bu tez, farklı AM malzemelerine uygun olarak geleneksel ve eklemeli üretim teknikleriyle tasarlanan ve analiz edilen parçaları kullanarak karşılaştırmalar yaparak optimizasyon avantajlarının genel bir çalışmasını sağlar.

Topology optimization is a powerful tool for creating high-performance parts that meet specific functional requirements while minimizing material usage and manufacturing costs. It typically involves creating a digital model of the part, defining the functional requirements and constraints, and using software algorithms to generate a range of possible designs. Although this tool has been used for many years, there have always been many problems in the manufacture of optimized parts. As technology develops, there have been significant developments in various manufacturing techniques to be able to implement optimized parts for industries. One of the most important techniques is additive manufacturing (AM). The combination of topology optimization and AM has brought several advantages to eliminating the manufacturing difficulties of the parts that are topologically optimized, especially in the aerospace industry. With these developments, the optimized design can be produced using AM and the final part can have a geometry designed according to its intended use. This thesis provides an overall study of optimization advantages by making comparisons using parts that are designed and analyzed with traditional and additive manufacturing techniques per different AM materials.