3D印刷は軽量化の実践をリードし、ほとんどすべてのものを軽量化できます

3D印刷技術は、多くの業界の軽量プロセスをリードしています。自動車、飛行機、衛星など、ほとんどすべてのものが軽量化される可能性があります。 では、軽量とは何か、軽量の利点は何ですか、そして3D印刷はどのようにして軽量を実現できるのでしょうか？

1.軽量とは





軽量とは、工業用部品や製品の強度や機械的特性を維持または強化しながら、それらの重量を軽減する製造コンセプトです。現在、多くの業界が3Dプリントをベースにした軽量作業を行っています。





第二に、軽量の利点





1.材料の消費を減らし、廃棄物を減らし、コストを節約します。





2.部品構造を最適化して、より高いパフォーマンスを実現します。





製造分野では、材料廃棄物は製造業者にとって非常に頭痛の種であり、製造コストの40％以上が材料に関連しています。実際、部品の構造は設計によって最適化でき、中空構造や結晶構造などの使用など、材料の損失を減らすことができます。このような構造では、従来の技術で処理することは非常に困難であり、費用と時間のかかるプロセスです。また、3D印刷はこのような構造を簡単に実現できるため、軽量化が可能です。





たとえば、General Aviationは、2015年から燃料ノズルのフロントエンドを3Dプリントしています。このコンポーネントは、以前は20個のパーツで構成されていましたが、設計の最適化後、1つのコンポーネントに統合され、重量が25％削減されました。







軽量化すると飛行機や車の燃費が向上します。たとえば、エアバスA320の重量をわずか90 kg減らすと、毎年2,600ガロン以上の燃料を節約できます。ボーイング737型機を0.45キログラム削減するごとに、年間の運用コストを数十万ドル削減できます。





同様に、他の最終製品の重量が軽減され、輸送コストも削減されます。したがって、ほぼすべての業界が軽量化によるコスト削減を享受できます。もちろん、最も熱心な企業は依然として航空宇宙および自動車セクターの企業です。たとえば、近年、電気自動車の急速な発展により、軽量化により走行距離を伸ばすことができます。





第三に、軽量の3Dプリントを実現する方法





3D印刷は軽量化を実現し、トポロジーの最適化とジェネレーティブデザインの2つの優れたヘルパーがあります。 3D印刷によってもたらされる主な利点は、設計の自由度です。これは、トポロジーの最適化とジェネレーティブデザインの基礎を提供します。





トポロジーの最適化により、機能を変更せずに、パーツから可能な限り多くの材料を排除することができます。基本的に、AIアルゴリズムはパーツの形状と力を分析して、同等以上のパフォーマンスを提供しながら、可能な限り少ない材料を消費するようにします。







たとえば、自転車のペダルブラケットは以前はすべて頑丈な構造でしたが、トポロジーの最適化後、内部は格子結晶構造に変更されました。同じ安定性を前提として、重量は約12％削減されました。それはプロのサイクリング競技で使用されてきました。







ジェネレーティブデザインの効果は似ていますが、逆です。トポロジーの最適化を減算に例えると、ジェネレーティブデザインは加算になります。与えられた材料と性能の特性に応じて、AIアルゴリズムは、数え切れないほどのシミュレーション設計の反復を通じて、最も最適化された設計計画を出力します。





エアバスの子会社は、AIアルゴリズムを使用して、最適化された電動バイクを設計しました。フレームは、多くの不要な材料が除去された外骨格のように見えます。結局、この電動二輪車はわずか35kgで、通常の二輪車に比べて約30％軽量です。







これらの2つの方法を通じて、出力設計スキームが複雑な幾何学的形状を持っているか、格子構造で満たされた湾曲した内部チャネルなど、複数のパーツが1つにマージされていることを見つけるのは難しくありません。このような構造は、従来の技術では実現が難しく、3Dプリントでしか製造できません。

お気に入りかも