מבוא למבנהי משקל אור בייצור מודרני

הביקוש לחומרים קלים, ביצועים גבוהים גדל באופן אקספוננציאלי על תעשיות כמו אווירוקל, רכב, ומכשירים רפואיים.הפחתת מסה מתרגם ישירות לשיפור יעילות הדלק, יכולת מטענים גבוהה יותר, האצה מהירה יותר, ופליטות נמוכות יותר באופן מסורתי, מהנדסים השיגו חיסכון במשקל באמצעות חומרים מתקדמים כגון טיטניום, סיבים פחמן, או סגסוגת אלומיניום גבוהה.

Mastercam, אחת מפלטפורמות התוכנה ה-CAD/CAM הנפוצות בעולם, מציידת מהנדסים ומקניינים עם הכלים הדרושים לתכנון, לדמות, לייצר את הגאומטריה הפנימית המורכבות ביותר בעולם.על ידי שילוב מודלים מוצקים, דור כלי, וסימולציה בסביבה אחת, Mastercam מאפשר יצירת חלקים חזקים וגם אור.

הבנת מבנה משקל אור: עקרונות וגישות

עיצוב משקל אור אינו רק על הסרת חומר שרירותי.זה דורש הבנה עמוקה של איך העומסים זורמים דרך חלק, שבו הדגשים מתרכזים.המטרה היא לשמר נוקשות וכוח בדיוק היכן שנדרש בעת חיסול המוניות במקומות אחרים: אסטרטגיות נפוצות כוללות:

  • (ב) ניכוי אווירי:0) הפחתה של חומר רב-החלקי מאזורים שאינם קריטיים, לעתים קרובות באמצעות חלולים או יצירת חללים פנימיים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ו-Webs:cioFLT:1 (הוספת קירות דקים או צלעות כדי לשמור על קשיחות תוך צמצום עובי הכולל.
  • (FLT:0)Lattice ומבני תאים:FreaLT:1) באמצעות דפוסים חוזרים של תאים פתוחים, אנלוגי לטרקולה העצם, כדי להשיג יחס גבוה עוצמה למשקל.
  • (FLT:0)Topology Optimization: 1FLT) שימוש באלגוריתמים חישוביים כדי למצוא את ההפצה האופטימלית של החומר בתוך חלל עיצוב נתון, לעתים קרובות לייצר צורות אורגניות, דמויות עצם.
  • (FLT:0) עיצוב גרפי: 1.FLT 1 מאפשר תוכנה המונעת על ידי AI להציע ג'ממטות קל משקל מרובים בהתבסס על מגבלות מוגדרות ועומסים.

בפועל, חלקים קלים רבים משלבים כמה גישות אלה.לדוגמה, כיס אווירוקל עשוי להיות ליבת חלומה עם רשת של צלעות חקוקות, ואת הצורה החיצונית שלה עשוי להיות נגזר אופטימיזציה טופולוגיה. Mastercam תומך בכל הטכניקות האלה באמצעות כלי הדוגמנות והסימולציה שלה, מה שמאפשר לעבור מצורה אורגנית, אופטימיזציה לתכנית ®Manufacturable CAM.

נהגים מרכזיים לתכונות פנימיות קלות משקל

מדוע להתמקד בתכונות פנימיות במיוחד?משטחים חיצוניים מוגבלים לעתים קרובות על ידי אווירודינמיקה, אסתטי או דרישות הרכבה. חללים פנימיים, כיסים, ערוצים, ורישיונות יכולים להיות מותאמים לענות על הצרכים מבניים מבלי להשפיע על המעטפה החיצונית של החלק.זה חשוב במיוחד ביישומים כגון:

  • (FLT:0)Aerospace:FLT:1 Wing ribs, מזחלות, רכיבי ציוד נחיתה - כל גרם הציל להפחית את שריפת הדלק על פני חיי המטוס.
  • (FLT:0) מנוע: 1 (FLT:1), זרועות השעיה, מחצני בלם - רכיבים קלים משפרים את הטיפול ויעילות האנרגיה.
  • (ב) מכשירים רפואיים: 0;51; Implants ו proאסתטיקה חייב להיות קל משקל עדיין חזק כדי להתאים צפיפות העצם ולהימנע מלחץ מתח.
  • (ב) ⁇ :0) רובוטיקה ואוטומציה: (1) חלקים נעים יותר של אורדר להפחית את האינטרטי ומאפשרים תנועה מהירה ומדויקת יותר.

בכל מקרה, הגיאומטריה הפנימית מוסתרת מהנוף, ומספקת חופש מקסימלי עבור המעצב לייעל משקל ויושרה מבנית.

עיצוב תכונות פנימיות מורכבות ב Mastercam: A Step-by- Access

Mastercam מספקת מערך מקיף של כלים ליצירת ולתכנת תכונות פנימיות קלות משקל.זרימת העבודה בדרך כלל עוקבת אחר השלבים האלה, אשר נבחן לעומק.

שלב 1: הכנת מודל וייבוא

התחל עם מודל מוצק 3D של החלק.זה יכול להיווצר באופן מקורי בסביבה מודלים מוצק של Mastercam או מיובא ממערכות CAD חיצוני (STEP, IGES, Parasolid, וכו ') עבור עיצוב קל משקל, חיוני שיש מודל מוצק מים צמיגים או מתעתג כלי הדוגמת מודלים מוצקה של Mastercam לאפשר לך לתקן גיאומטריה, לפשט פני השטח מורכבים, ולהגדיר את החומר המלא אם אתה משתמש לעתים קרובות פורמט סימטרי או מצופה מעיצוב מוצק (S) או UX) או UXto מודלים מוצק (S) או סימולציה אחוריים) או סימולציה אחוריים) או TLto מודלים מוצקה (S) או סימולציה של תכנות אחוריים).

בשלב זה, לשקול את המגבלות של ה-FLT:0 (ה-MAFLT) 1 של התהליך המיועד - בין אם CNC מנקה, מפנה, EDM, או ייצור תוספים (עקרונות אלה חלים על תת-פרקטיבי כמו גם זרמי עבודה היברידיים).התכונות הפנימיות חייבות להיות נגישות על ידי חיתוך כלים, או אם משתמשים בתוסף, חייב להיות תומך עצמי או תמיכה בתוך נפח הבנייה.

שלב 2: הגנה על אזורים פנימיים עם כלים מוצקים מודלים

יכולות הדוגמנות המוצקות של Mastercam מאפשרות לך להגדיר את הגבולות של תכונות פנימיות. השתמש בפונקציות הבאות:

  • (ב) ,0) , ⁇ , ⁇ , ⁇ : 1:1 ליצור גוף מוצק שניתן להישמר (התחמיית הבוטה) מהגוף הראשי כדי ליצור חללים.
  • (ב) [ה]:0]הלו / Shell: FLT:1 Remove חומר פנימי באופן אחיד, משאיר מעטפת דקת ומוקפת.
  • (ב) ,0) יצירת: ⁇ 1 (ב) השתמש בתכונה "Rib" כדי להוסיף רשת רופפת דקירה בין קירות או על פני חללים.
  • (FLT:0) תכונות:FLT:1 עבור חזר על לחות פנימית, להשתמש בכלים דפוס (rectangular, מעגלי, לאורך נתיב) כדי למקם עותקים מרובים של תא יחידה.
  • (ב) ⁇ :0) פעולותיו של נפתלי: 1FLT:1 משלב איתן (לאון, תת-קרקעי, אינטגרטור) כדי לבנות מבנים פנימיים מורכבים פרימיטיביים פשוטים יותר.

לדוגמה, כדי ליצור לימוזינה דבש בתוך חרטה, אתה יכול ליצור תחילה סדרה של טרה-קודש ⁇ , ולאחר מכן להשתמש subtract Boolean כדי להסיר אותם מהגוף הראשי, לעזוב רשת של ריקי hexagonal עם קירות דקים ביניהם.

שלב 3: יצירת חללים, ריבס, ומבנה Lattice

מעבר לפעולות בסיסיות של Boolean, Mastercam מציעה כלים מיוחדים ליצירת תכונות פנימיות יעילות:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ו-Cavity Milling Toolpaths: 1 (FLT:1) משתמשים בהם כאשר התכונות הפנימיות הן להיות ממכונת מניה מוצקה.
  • (FLT:0)Surface וסולידריות מאצ'ינג: OVAFLT:1) עבור צורות אורגניות או מורכבות, כלי רב-אקסיטיס ניתן ליישם על מכונות צלעות פנימיות וקירות ליטייס.
  • (FLT:0) Wire EDM לתכונות פנימיות: FIRLT:1 , Mastercam כולל תכנות חוט מתקדם EDM, שימושי עבור חיתוך חריצים פנימיים או ליצירת קווי מתאר פנימיים מדויקים בחומרים קשים.

אם החלק יייוצר באמצעות ייצור תוספים (מדפסת תלת מימדי), מודול התוסף של Mastercam (Mastercam for Additive) מאפשר לך לעצב לקטים ישירות בתוך המודל המוצק.You יכול להגדיר פרמטרים של lattice כגון צורה תא, עובי, צפיפות ⁇ . עבור ייצור תת-פעולה, עליך להבטיח כי כל תכונה פנימית היא נגישה על ידי כלי "מניפולציה" ו"אפקט זיהוי" תכונות "זיהוי" זיהוי" .

שלב 4: סימבולציה ואימות של תכונות פנימיות

תכנון מבנים קלים הוא סיכון מהותי: הסרת חומר יכול ליצור ריכוזי מתח, קירות דקים עשויים להתפור תחת עומס, ותכונות פנימיות ממנצ'ינג יכולות להציג רטט כלי או צ'אט.

  • (FLT:0) ניתוח יסודות (FEA) אינטגרציה:03:03: אינטגרציה: בעוד Mastercam אינה מפתירת FEA, היא משלבת עם שותפים כגון SolidWorks Simulation, Autodesk Nastran, או ANSYS.You יכול לייצא את המודל עם תכונות פנימיות לניתוח מתח חיצוני.
  • (FLT:0)Toolpath Simulation:FLT:1ud's Backplot ובדוק לתת ייצוג חזותי ודינמית של תהליך המנצ'ינג, מראה את החומר והתנועה בפועל.זה עוזר לזהות התנגשות כלים עם קירות פנימיים דקים או חללים עמוקים.
  • (ב) ⁇ (MRMIRLT): 0 (החלופה המתקדמת של ההרחבה:0) סימולציה של הפיזיקה של חיתוך, חיזוי כוחות וסטיות שעלולות לפגוע בצלעות פנימיות עדינות.

עבור רכיבים קריטיים, מומלץ מאוד להפעיל FEA על העיצוב הסופי לפני ביצוע CAM.הגאומטריה המודל המוצק של Mastercam ניתן לייצא ישירות חבילות FEA מבלי לאבד הגדרות תכונה פנימית.

שלב 5: אופטימיזציה - משקל וכוח

אופטימיזציה היא תהליך של סימולציה ראשונית, לאחר עיצוב וסימולציה ראשונית, ייתכן שתמצא כי כמה צלעות פנימיות מעוצבים יתר על המידה ( עבה מדי) או כי חללים מסוימים גורמים תאימות מוגזמת. Mastercam מאפשר לך לשנות במהירות גיאומטריה מוצקה וכליים מחדש. השתמש בטכניקות אלה:

  • (FLT:0)Parametric Modeling: 1hil (אם בנית את התכונות הפנימיות באמצעות מודל מוצק מבוסס היסטוריה של Mastercam, אתה יכול להתאים פרמטרים ( עובי, עומק כבד, גודל תא עצלות) ואת מודל עדכונים אוטומטית.
  • (FLT:0) אופטימיזציה טואולית: 1.FLT:1 מכוונן שיעורי מזון, מרתפי, ובחירת כלי כדי להימנע צ'אט כאשר מאצ'ינג חללים דקים של המאסטר הונאה טכנולוגיה יכולה להפחית כוחות, ומאפשר תכונות פנימיות קלות יותר להיות מכונה בבטחה.
  • (FLT:0)עיצוב ניסויים (DOE): ההרחבה 1 (יצירת גרסאות מרובות עם תבניות ריבאונד שונות והשוואה בין תוצאות סימולציה.תפקוד "Compare" של Mastercam יכול להדגיש הבדלים גאומטריים בין גרסאות.

היתרונות של שימוש ב- Mastercam for Internal Features

Mastercam בולטת בין פלטפורמות CAM עבור מאזן הכוח והזמינות שלה כאשר מתפתלים גיאוגרפיות פנימיות מורכבות.הטבות ספציפיות כוללות:

אחריות ושליטה

מנוע הדוגמנות המוצק של Mastercam מספק שליטה מדויקת על ממדים גיאומטריה פנימיים.עבור תכונות כמו צלעות דקות או עוקץ צמיגים קטנים, סובלנות יכולה להיות מוחזקת למיקרונים בשילוב עם יכולת כלי מתאים.היכולת להגדיר תכונות פנימיות כמו מוצקות מבטיח כי כל הכלים הבאים מבוססים על נתונים גיאומטריים מדויקים, צמצום הסיכון של שגיאות מאצ'ינג.

יעילות וזרימות עבודה נפוחות

מעצבים יכולים ליצור תכונות פנימיות ישירות ב Mastercam מבלי לעבור בין סביבות CAD ו-CAM. זה מבטל שגיאות תרגום נתונים ומהירויות את עיצוב עיצוב ה-ITerative-make מחזור.בנוסף, "קבוצת טואוליפט", "מנהל תפעול", ו"Template Libraries" מאפשרים למהנדסים לחסוך ולהשתמש מחדש בעיצובים פנימיים מוכחים על פני חלקים מרובים, צמצום זמן רב של משפחות קל משקל.

סימולציה משולבת לייצור

היכולת לדמות את כל תהליך הסימון, כולל התנגשות כלים עם תכונות פנימיות, היא בלתי נסבלת.הסימולציה של Mastercam משתמשת במכונות בפועל kinematics, כך שתוכל לזהות אם כלי יפגע בצלעות פנימיות דקות או אם חלל עמוק הוא בלתי ניתן להשגה.זה נמנע מזינוק ותאונות מכונה יקרות.

התאמה וגמישות

Mastercam תומך במאקרו מותאם אישית (באמצעות C-Hook או Python Scripting) כדי להפוך את יצירתם של דפוסים פנימיים חוזרים.לדוגמה, תסריט יכול ליצור מנוף parametric בכל נפח. Mastercam פועל גם עם תוספי ייצור של צד שלישי, המאפשר לך לעצב ולהדפיס מבנים לטאיצ'ה ישירות מן הסביבה CAM.

טכניקות מתקדמות לתכונות פנימיות מורכבות

מעבר לזרימת העבודה הבסיסית, משתמשים מנוסים יכולים למנף את היכולות המתקדמות של המאסטר כדי לדחוף את הגבולות של עיצוב קל משקל:

Multi-Axis Machining for Deep Cavities

בחלקים עם תכונות פנימיות עמוקות, צרות, סטנדרטיות 3-אקס מנקה עשוי להיות לא מספיק.הכלי הרב-אקסי של Mastercam (axis), (5-axis, 32 מיקום) מאפשר כלים להטה ולעבור לתוך חללים ללא התנגשות עם קירות.טכניקות כמו "מכיסבור" או "מכפשים חמים" יכול לעקוב אחר קווי המתאר של צלעות פנימיות, ייצור משטחים חזקים.

ייצור היברידי / Subtractive Manufacturing

עבור התכונות הפנימיות האולטימטיביות של משקל - כגון ערוצי קירור תואמים או מודולים מורכבים מאפשר לך עיצוב מבנים פורסט (AM) עם השלמת subtractive של Mastercam היא גישה חזקה יותר מודול ההלוטריבית של Mastercam מאפשר לך עיצוב ומבנה ליטקטיס, אז תוכנית CNC עובר על משטחים קריטיים.

שילוב Topology Optimization

כמה כלים אופטימיזציה של צד שלישי (למשל, Autodesk Within, NTopology, Siemens NX Topology Optimizer) יכולים לייצא אופטימיזציה של mesh או מודלים מוצקים. Mastercam יכול לייבא אלה ולהמיר אותם ל מוצקות ווטרסטאט, מוכן לדור כלי.זה מאפשר לך להתחיל עם צורה הקלה אופטימלית מבחינה מתמטית ולאחר מכן לחדד אותו עבור מניפולציה בהונאה.

שיקולים חומריים למבנה פנימי של אור משקל

הבחירה של חומר משפיעה במידה רבה על העיצוב של תכונות פנימיות.הכלים של המאסטר חייב לקחת בחשבון תכונות חומריות כדי להימנע משבר כלי או עיוות חלק:

  • (ב) ⁇ 0 (אלמומיות) ⁇ FLT:1 (6061, 7075): מכונה בקלות, המאפשרת קירות דקים ומהירויות חיתוך גבוהות.
  • (FLT:0)Titanium (Ti-6Al-4V)cioFLT:1: גבוה כוח למשקל, אבל קשה למכונה.תכונות פנימיות יש לתכנן עם קרני נדיבות כדי להימנע מריכוזי מתח; כלי טיפול דורש מהירויות נמוכות יותר וקרר בלחץ גבוה.
  • (FLT:0) ,SteelsveFLT:1 (4340, 4140): כבד אך חזק.
  • (FLT:0 ,Plastics and ComplexsFLT:1ir: Light Weight by Nature, but may need different machining אסטרטגיות (כלי גילוח, ואקום מחזיק מטה) אסטרטגיות כלי של Mastercam להסתגל לחומרים לא-מטאלי.
  • (בקיצור:0) חומרים מתוחכמים (Inconel, titanium אבקות): צמיגים פנימיים בנויים לעתים קרובות ללא השגחה, למעט משטחים סופיים.

Best Practices for Designing Light Weight

כדי להשיג הצלחה עם Mastercam, בצע את ההנחיות האלה שנמשכות מניסיון בתעשייה:

  1. (ב) אם תת-קרקעית:0) החל בתהליך הייצור בראשה.
  2. (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א, ו[[1924]]]], [[1924]]]]
  3. (ב) ויקרא:א) ו[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]
  4. (FLT:0) להעריך מוקדם ולעתים קרובות FLT:1; לא רק תנועה כליפית, אלא גם ניתוח מבני באמצעות חלקי משקל קל יכול להיכשל באופן בלתי צפוי מתחת לעייפות.
  5. (FLT:0) למינוף של תנועת המאסטר של המאסטרוק:1; עבור מבוך מהיר של מבנים מעוקלים.זה מקטין כוחות חיתוך ודור חום, שמירה על שלמות חלקית.
  6. (ב) ,0) ,התחייבו משפחותיכם בתכונותיכם ב-[[1924]], כתבניות מאסטרוק.תבנית ⁇ מעוצבת היטב ניתן להשתמש בה מחדש על פני פרויקטים, תוך שמירה על שעות תכנות.
  7. (FLT:0) קולופרט עם מצ'ינים מוקדם יותרראהFLT:1) בשלב העיצוב.ה משובם על כלי להגיע, קוטר כלי מינימלי, ועומק הכיס יכול למנוע תכונות פנימיות בלתי צפויות.

יישומים אמיתיים ודוגמאות

בעוד מחקרים ספציפיים של מקרים הם קנייניים, כמה מגמות בתעשייה ממחישות את הערך של תכונות פנימיות קלות משקל המיועדות ב Mastercam:

  • (FLT:0) ,Aerospace bracket redesign: ההרחבה 1 (המהנדס לקח משטח פלדה במשקל 2.5 ק"ג, הוסיף חללי דבש פנימיים ותבניות rib אופטימיזציה באמצעות אופטימיזציה טופולוגיה, ולאחר מכן מכונה אותו באלומיניום. משקל סופי: 0.9 ק"ג, עם כוח שווה ערך.
  • (FLT:0) מנוע בלם קלילר: 1 (Feloph:1) על ידי תכנון ערוצי קירור פנימיים וכיסים לירידה במשקל ב Mastercam, יצרן הפחית את מסת ה- caliper ב-30% תוך שמירה על נוקשות הבלמים.
  • (FLT:0Medicalplant:FLT:1) שתל ירכיים מותאם אישית תוכנן עם מנוף פנימי דמוי טרברלי כדי לקדם התחדשות העצם.מודול התוסף של Mastercam יצר את הליטייס ולאחר מכן תכנן מעבר על פני השטח הפיסול.

מבט קדימה: עתיד של עיצוב משקל אור ב Mastercam

המגמה לקראת סלקציה (כלי רכב חשמליים, eVTOL) רק תגביר את הצורך במבנים קלים. Mastercam ממשיכה להתפתח, שילוב למידת מכונה עבור אופטימיזציה כלי, סימולציה מבוססת ענן, ושילוב עמוק יותר עם פלטפורמות עיצוב ניווניות. עבור מהנדסים ומכוניסטים, שליטה בעיצוב של תכונות פנימיות מורכבות היום מספק יתרון תחרותי לאתגרים של המחר.

כדי לחקור את היכולות האחרונות של Mastercam, בקר באתר הרשמי:0 (Mastercam.comcioFLT:1 ).למאמרים טכניים על אופטימיזציה טופולוגיה, ראה את FLT:2nTopology של משאביםFLT 3: עבור מדריכים לייצור תוספים, FLT:4 אמריקה MakesFLT:5 יוזמה מציעה סטנדרטים יקרי ערך ומחקרים.

מסקנה

תכנון מבנים קלים עם תכונות פנימיות מורכבות ב Mastercam היא דרך עוצמתית לשפר את ביצועי המוצר תוך צמצום עלויות החומר ושיפור הקיימות. התוכנה מספקת סביבה משולבת - ממודלים מוצקים ויצירת תכונה לסימולציה ותכנות CAM - המאפשרת למהנדסים לחדש עם ביטחון.על ידי ביצוע השלבים השיטתיים המתוארים במאמר זה - עיצוב, הגדרה פנימית, חלליות ויצירת סימולציה, ו- IOreative, כלומר, אופטימיזציה של כלי רכב חזקים, אתה יכול להפוך את התהליכים שלך, כלומר, או להפוך את הכלים שלך, כלומר, כלומר, כלומר, אופטימיזציה של כלי רכב חזקים, או עיצובים חזקים, או עיצובים, כלומר, כלומר, כלומר, או עיצובים, כולל את האמצעים החזקים ביותר, או עיצובים, כלומר, או עיצובים חזקים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, או עיצובים חזקים, או עיצובים יעילים, כלומר, כלומר, או עיצובים, כלומר, כלומר, כולל את הכלים שלך, כלומר, כלומר, כולל את סביבת עבודה, כולל את סביבת עבודה, או עיצובים חזקים, כולל את סביבת עבודה, כלומר, או עיצובים חזקים, כולל יעילותם של כלי רכב, או עיצובים חזקים, כולל את זה יכול להפוך את זה יכול להפוך את זה יכול להפוך את זה יכול להפוך את זה יכול להפוך את זה יכול