Topologie optimalisatie
Topologie optimalisatie is een Computer Aided Engineering (CAE) methode om de materiaalindeling en -verdeling van een ontwerp te optimaliseren. De onderliggende techniek is FEM-gebaseerd (Finite Element Method). Na het definieren en vastleggen van een aantal constraints ofwel randvoorwaarden definieren we belastingen en andere parameters, waarna simulatie kan plaatsvinden om een geoptimaliseerde vorm en configuratie van een geometrie te bepalen.
De achterliggende gedachte voor toepassing van topologische optimalisatie kan uit één of meer redenen hebben:
1. Gewichtsreductie
2. Materiaalbesparing
3. Implementatie van Additive Manufacturing / 3D printen
4. Stromingsoptimalisatie van vloeistoffen of gassen
Gewichtsreductie
Daar waar objecten of onderdelen in beweging zijn dient energie toegevoegd te worden om de massa te verplaatsen. Door gewichtsreductie kan energiebesparing bereikt worden. Denk bijvoorbeeld aan een machineonderdeel dat continu in beweging gezet wordt en weer afgeremd wordt of aan een robotarm die repeterend 24/7 beweegt. Het verlagen van gewicht kan ook leiden tot inzet van een aandrijving met minder vermogen die doorgaans lager in prijs zit waardoor er ook positieve invloed op de kostprijs van de BOM van een product of machine optreedt.
Toepassing van topologische optimalisatie wordt sinds jaar en dag toegepast in de motorsport ter gewichtsreductie. De uitkomsten van de simulatie zijn niet altijd direct toepasbaar maar worden meestal geometrisch aangepast voor de maakbaarheid en nogmaals met behulp van FEM doorgerekend op stijfheid en sterkte.
Materiaalbesparing
Reden van topologie optimalisatie kan materiaalbesparing zijn. Vanuit de sustainability gedachte is het belangrijk om de minimaal benodigde hoeveelheid grondstof te gebruiken. We hebben één aarde en de hoeveelheid delf- en grondstoffen zijn niet onuitputtelijk. In geval van kostbare materialen kunnen er economische perspectieven spelen en in geval van 'Raw Critical Materials' speelt schaarste en beschikbaarheid mogelijk een rol. Tenslotte betekent materiaalbesparing bij één en het zelfde uitgangsmateriaal meteen gewichtsbesparing.
Implementatie AM / 3D printen
Topologische optimalisatie leidt evenals 'generative design' vaak tot organische structuren en filigrain achtige structuren die met conventionele subtractieve technieken (verspaning) moeilijk of niet te vervaardigen zijn. Bij Additive Manufacturing geldt: "complexity for free", d.w.z. dat je binnen een bepaald bouwvolume tegen ongeveer dezelfde kosten in plaats van een eenvoudige vorm ook complexe geometrie kunt realiseren. In het kader van functieintegratie is deze slogan goed om te onthouden! Topologie kan in deze context goed samen met 3D printen en AM.
Stromingsoptimalisatie
Binnen veel projecten van TSG Group speelt tooling een rol. Wanneer wij complete producten ontwikkelen is de kans groot dat er spuitgietproducten in voorkomen. De koelkanalen van matrijzen worden doorgaans geboord en bochten worden derhalve gevormd door 2 of meer boringen die op elkaar uitkomen en haaks of onder een hoek op elkaar aansluiten. Stromingstechnisch heb je liever een vloeiend lopende bocht zonder dode hoeken en scherpe overgangen. Bij onderdelen zoals manifold blocks, warmtewisselaars en verdelers voor vloeistoffen of gassen is de performance vaak direct gekoppeld aan het stromingspatroon. Hoe optimaler de stroming hoe lager de stromingsverliezen en hoe hoger de efficiency.
Een voorbeeld van ons van een overgang van verspaning naar additieve vervaardiging met optimalisatie van de vloeistofstroming en een gewichtsreductie is hier te vinden.
Contactgegevens
TSG Group
Furkapas 8, 5624 MD Eindhoven
Nederland
040 - 254 82 22
info@tsggroup.nl
Algemene voorwaarden
