Συνδυάζοντας Additive Manufacturing και Topology Optimization

Στην ANiMA, έχουμε την τιμή να συμμετέχουμε σε ενδιαφέροντα και καινοτόμα έργα που ενσωματώνουν την προηγμένη τεχνολογία του Additive Manufacturing (AM), καθιστώντας μας μέρος της εξέλιξης της σύγχρονης μηχανολογίας. Πρόσφατα, είχαμε την ευκαιρία να συνεργαστούμε με έναν ταλαντούχο μεταπτυχιακό φοιτητή από το Ε.Μ.Π., ο οποίος εξέφρασε την προτίμησή του στην κατασκευή μέσω της τεχνολογίας Selective Laser Melting (SLM).

Αυτό το project περιλαμβάνει την ανάπτυξη ενός μηχανολογικού εξαρτήματος για ποδήλατο, με στόχο την ελάφρυνση και την βελτιστοποίηση της απόδοσης. Σε αυτό το άρθρο, θα μοιραστούμε την εμπειρία μας από την αρχή του σχεδιασμού έως την τελική υλοποίηση, καθώς και τις σκέψεις και τα συμπεράσματα του φοιτητή σχετικά με την χρήση του AM στην κατασκευή αυτού του πρωτοποριακού εξαρτήματος.

Διονύσης Τσιμούρτος,ANiMA: Πες μας λίγα πράγματα για εσένα, όπως τι σπουδάζεις, τι σου αρέσει περισσότερο σε αυτό, και που νιώθεις ότι θα εστιάσεις στο μέλλον;

Σοφοκλής Καναβούτσος: Πρόσφατα ολοκλήρωσα τις μεταπτυχιακές σπουδές μου στο διατμηματικό πρόγραμμα σπουδών «Συστήματα αυτοματισμού» του Ε.Μ.Π., επιλέγοντας την κατεύθυνση των συστημάτων κατασκευών και παραγωγής. Ως μηχανικός αυτοματισμού μου άρεσαν οι επιπλέον γνώσεις που απέκτησα στο τομέα της μηχανολογίας. Ως μηχανικός εστιάζω στις νέες τεχνολογίες κυρίως του βιομηχανικού τομέα και στις κατασκευές.

Διονύσης Τσιμούρτος,ANiMA: Τι ακριβώς είναι το κομμάτι που κατασκεύασες και ποια η λειτουργία του;

Σοφοκλής Καναβούτσος: Στα πλαίσια της διπλωματικής μου εργασίας και με την καθοδήγηση του Δρ. Στ. Πολύδωρα επέλεξα την πιλοτική εφαρμογή, με σκοπό την ελάφρυνση, ενός μηχανολογικού εξαρτήματος, με έναν υβριδικό σχεδιασμό που συνδυάζει την μέθοδο της τοπολογικής βελτιστοποίησης και των πλεγματικών δομών. Επιλέχθηκε ένα εξάρτημα που είναι  γνωστό στο ευρύ κοινό, ένας βραχίονα από πετάλι  ποδηλάτου.

Διονύσης Τσιμούρτος,ANiMA: Γιατί επέλεξες το Additive Manufacturing για την κατασκευή του συγκεκριμένου part;

Σοφοκλής Καναβούτσος: Το περίπλοκο τρισδιάστατο γεωμετρικά αποτέλεσμα που προκύπτει από τον προαναφερόμενο υβριδικό σχεδιασμό καθιστά την χρήση της τεχνολογίας  προσθετικής κατασκευής αναγκαία. Με την χρήση εργαλειομηχανών CNC, δεν θα ήταν εφικτό τα κοπτικά εργαλεία να προσεγγίσουν όλα τα σημεία, για την αφαίρεση υλικού που απαιτείται. 

Διονύσης Τσιμούρτος,ANiMA: Ήταν η πρώτη φορά που κατασκέυασες κάτι με την βοήθεια του AM?

Σοφοκλής Καναβούτσος: Δεν είναι η πρώτη φορά που ασχολούμαι με τεχνολογίες προσθετικής κατασκευής, διαθέτω τρισδιάστατο εκτυπωτή τεχνολογίας FDM όπου σχεδιάζω και κατασκευάζω κυρίως εξαρτήματα από παλαιότερα αυτοκίνητα.

Διονύσης Τσιμούρτος,ANiMA: Πως σου φάνηκε η συνολική διαδικασία, από το design, την κατασκευή μέχρι το τελικό στάδιο του να βλέπεις τελικά το κομμάτι στα χέρια σου;

Σοφοκλής Καναβούτσος: Η διαδικασία του υβριδικού σχεδιασμού ήταν αρκετά περίπλοκη. Ειδικά για ένα άτομο που δεν έχει χρησιμοποιήσει στο παρελθόν κάποια μέθοδο ελάφρυνσης ενός εξαρτήματος, η εφαρμογή του υβριδικού σχεδιασμού και ειδικότερα η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων, αποκλειστικά σε λογισμικά της Autodesk ήταν κάτι που ήθελε ιδιαίτερη ενασχόληση, για την επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος. 

Μέσα από αυτήν την εμπειρία, αντιλαμβάνομαι πλέον πόσο χρήσιμη μπορεί να είναι η μέθοδος του υβριδικού σχεδιασμού. Αν και φαίνονται περίπλοκες οι διαδικασίες της τοπολογικής βελτιστοποίησης, των πλεγματικών δομών, τις ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων, το αποτέλεσμα ανοίγει νέες προοπτικές και προσφέρει μεγάλη ευελιξία στην κατασκευή εξαρτημάτων ειδικών απαιτήσεων, με ευρύ φάσμα εφαρμογών στον μηχανολογικό και βιομηχανικό τομέα.

Διονύσης Τσιμούρτος,ANiMA: Έπειτα από την μελέτη και το integration του κομματιού στην συνολική κατασκευή σου, ποια είναι τα δεδομένα; Πέτυχε τον σκοπό του;

Σοφοκλής Καναβούτσος: Ο βραχίονας δοκιμάστηκε σε περιβάλλον ενός μηχανουργείου, με βάση τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Τα αποτελέσματα ήταν εξαιρετικά καθώς ο βραχίονας εκτός ότι άντεξε σημαντικά μεγαλύτερες δυνάμεις από αυτές που μπορεί να ασκήσει ένας ποδηλάτης στις δυσμενέστερες συνθήκες, είχαμε και αμελητέα μετατόπιση στα σημεία που μας υπέδειξε η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων του σχεδίου.

Τέλος θα ήθελα να σημειώσω την σημασία της κατανόησης των τεχνολογιών προσθετικής κατασκευής στο ευρύ κοινό. Στο άμεσο μέλλον πολλά αντικείμενα χρήσιμα ακόμα και στην καθημερινότητα μας, δεν θα είναι συμφέρον να τα εμπορευόμαστε άμεσα. Θα είναι πιο βατή και οικονομική λύση να  εμπορευόμαστε το τρισδιάστατο σχέδιο του κατασκευαστή, με σκοπό την κατασκευή των αντικειμένων σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή.