考虑长度尺度、悬垂与构建方向约束的增材制造拓扑优化
计算工程、金融与科学
2022-04-18 v1
摘要
本文提出一种考虑增材制造限制的基于密度的拓扑优化方法。该方法考虑了零件最小尺寸、空腔最小尺寸、在不使用牺牲支撑结构情况下无法打印悬垂零件以及打印方向等限制。这些约束在几何上被处理并实现。实体与空洞区域的最小尺寸通过一种成熟的滤波技术来施加。通过使用一种将零件最大悬垂角限制为比较结构梯度与临界参考斜率的约束，减少了牺牲支撑材料。由于梯度的局部性质，所选择的限制容易引入满足结构斜率但可能并非自支撑的零件。该限制针对用户定义的打印方向限定最大悬垂角，若方向选择不当则可能降低结构性能。为缓解这些挑战，提出了一种减少此类非自支撑零件引入的新方法，以及一种在最大悬垂角约束中纳入不同打印方向的新方法。所提出的考虑固相与液相最小尺寸、最大悬垂角及打印方向的策略，通过求解一组包含刚性结构与柔顺机构的二维基准设计问题加以说明。我们还在附录中提供了 MATLAB 代码以供教学目的及结果复现。
引用
@article{arxiv.2204.07333,
title = {Topology optimization for additive manufacturing with length scale, overhang, and building orientation constraints},
author = {Prabhat Kumar and Eduardo Fernández},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.07333},
year = {2022}
}