Центр НТИ СПбПУ провел семинар, посвященный передовым технологиям оптимизации и аддитивного производства

20 февраля 2018 года сотрудники Центра НТИ «Новые производственные технологии» на базе Института передовых производственных технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ИППТ СПбПУ) совместно с ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (лауреатом Национальной промышленной премии «Индустрия» 2017 года, участником федерального мегапроекта «Национальные чемпионы», головной компанией ГК CompMechLab^®, входящей в консорциум Центра НТИ СПбПУ) с большим успехом провели в Санкт-Петербурге семинар, посвященный аддитивным технологиям и оптимизации под 3D-печать.

Оптимизация кронштейна двери вертолета с помощью Altair OptiStruct, снижение массы более чем на 30%	Оптимизация крепежного кронштейна двигателя в solidThinking Inspire под производство методом 3D-печати

Семинар проходил в Санкт-Петербурге в конференц-зале отеля «Андерсен» и собрал около 30 представителей различных компаний малого и среднего бизнеса, а также ведущих университетов и предприятий российской промышленности. Среди участников семинара – такие лидеры отечественной промышленности, как ОКБ им. А. Люльки, ПАО «ОДК-Сатурн», НПП «Лазерные системы», АО «КБХА», ООО «ЦТП» и многие другие.

Аддитивные технологии – мировой тренд современной промышленности, позволяющий оптимизировать самые сложные формы, структуры и конструкции, в кратчайшие сроки создавать оптимальный и конкурентоспособный продукт со сколь угодно сложной геометрией. Именно поэтому сотрудники Центра НТИ СПбПУ уделяют особое внимание развитию компетенций, связанных со всеми возможными видами оптимизации (топографическая, топологическая, параметрическая, мультидисциплинарная) под аддитивное производство, и собственно технологиям 3D-печати.

Именно этой тематике, а также программному обеспечению компьютерного инжиниринга, призванному решать задачи аддитивного производства, и был посвящен семинар, организованный совместно Центром НТИ СПбПУ и его стратегическим партнером – ООО Лаборатория «Вычислительная механика».

Открывал семинар директор департамента «Дистрибьюция программных систем компьютерного инжиниринга» ООО Лаборатория «Вычислительная механика» Антон Алексашкин, уделивший особое внимание в своей презентации рассказу о целях, компетенциях и задачах Центра НТИ СПбПУ, миссия которого заключена в обеспечении глобальной конкурентоспособности отечественных предприятий на высокотехнологичных мировых рынках.

Антон Алексашкин рассказал об основных направлениях деятельности Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ, а также о компетенциях компании в области трансфера технологий и их внедрения на предприятия России, СНГ и стран Балтии, представил спектр распространяемого ООО Лаборатория «Вычислительная механика» программного обеспечения, а также подчеркнул важность активного взаимодействия и обмена опытом с такими ведущими мировыми разработчиками инженерных программных решений, как Altair Engineering, Inc., solidThinking, Inc., DeskArtes Oy, Additive Works GmbH и другие.

В своей презентации ведущий инженер CompMechLab^®, руководитель отдела топологической оптимизации и аддитивных технологий Михаил Жмайло рассказал об опыте применения в рамках деятельности ИППТ СПбПУ передовых технологий компьютерного инжиниринга solidThinking Inspire и Altair OptiStruct для создания сложных, оптимизированных по критериям максимальной жесткости и минимальной массы конструкций, производимых методом 3D-печати, а также продемонстрировал конкретные примеры оптимизации при выполнении реальных промышленных задач предприятий из различных отраслей промышленности.

Оптимизация кронштейна звездного датчика, выполненная сотрудниками CompMechLab с помощью solidThinking Inspire. В результате перепроектирования масса оптимизированного кронштейна снизилась на 69,29% – с 622 до 191 грамм

Ведущий инженер департамента «Дистрибьюция программных систем компьютерного инжиниринга» ООО Лаборатория «Вычислительная механика» Григорий Шалпегин в своей презентации представил возможности программного обеспечения solidThinking Inspire и Evolve – лучших в своем классе компьютерных технологий топологической и топографической оптимизации, а также 3D-моделирования и рендеринга для промышленного дизайна. Кроме того, Г. Шалпегин рассказал о новых функциях и преимуществах версии Inspire-2018, вышедшей в январе 2018 года, в частности – о возможностях оптимизации сборок, улучшенном функционале доработки оптимизированной геометрии и возможности оптимизации конструкции с помощью решетчатых структур (lattice structure), усовершенствовании инструментов по работе с PolyNURBS-технологией и добавлении в инструментарий по контролю формы модели нового инструмента Overhang tool. Этот тип производственных ограничений подходит для 3D-печати: в модели устраняются «провисающие» детали, что способствует созданию самоподдерживающей конструкции и помогает свести к минимуму необходимость дополнительного построения и, соответственно, последующего удаления поддержек после печати.

solidThinking Inspire позволяет инженеру оптимизировать топологию самых сложных конструкций; для этого требуется лишь задать пространство оптимизации, граничные условия и условия нагружения, а также критерии оптимизации	Оптимизация топологии поворотных кулаков автомобиля с помощью Inspire, выполненная руководителем отдела топологической оптимизации и аддитивных технологий, ведущим инженером CompMechLab® М.А. Жмайло

Продемонстрированные примеры оптимизации, выполненные в Inspire с использованием решетчатых структур, вызвали неподдельный интерес у участников семинара и породили множество дополнительных вопросов. В своих ответах Григорий Шалпегин также упомянул и программный продукт Altair OptiStruct^® – уникальную мультидисциплинарную технологию решения статических задач и оценки усталости конструкций, а также топологической и топографической оптимизации, которая позволяет проводить 3D-анализ напряженно-деформированного состояния решетчатых структур (детальный анализ на растяжение-сжатие, сдвиг, изгиб, кручение стержневых элементов решетчатых структур), а также оценивать их усталостные характеристики.

Оптимизация в solidThinking Inspire с помощью решетчатых структур (lattice structures) (слева); пример рендеринга оптимизированной модели, содержащей решетчатые структуры, выполненного в solidThinking Evolve Г. Шалпегиным (справа)

Стоит отметить, что lattice structures – решетчатые (сетчатые) структуры, позволяющие радикально снизить массу конструкции, в которой они используются, при этом сохраняя жесткостные и прочностные параметры на необходимом уровне. Более того, с помощью применения lattice structures возможно создавать структуры с заданными в определенных направлениях свойствами. В подавляющем большинстве случаев создание изделий, содержащих решетчатые структуры, возможно только с помощью 3D-печати; для оптимизации этого процесса, в частности, и предназначено программное обеспечение, которое было представлено сотрудниками ООО Лаборатория «Вычислительная механика» и Центра НТИ СПбПУ на семинаре.

Источник: solidThinking

Программная система solidThinking Evolve – специализированный программный продукт гибридного 3D-моделирования, предназначенный, в первую очередь, для промышленных дизайнеров, – позволяет быстро и с наименьшими затратами усилий дизайнера разрабатывать и менять концептуальные формы моделей, объектов, конструкций и изделий для разных отраслей промышленности – от автомобилестроения и авиастроения до медицины, спортивного инвентаря и современной киноиндустрии. Evolve позволяет создавать сложную параметризируемую 3D-геометрию на основе применения PolyNURBS-технологии и визуализировать спроектированные изделия.

Стоит отметить, что CAE-система solidThinking Inspire разрабатывается с учетом современных трендов развития передовых производственных технологий (Advanced Manufacturing Technology), в частности, технологий аддитивного производства. Для конструкторов и технологов важно, что дизайн изделия, созданный в Inspire, можно легко и быстро конвертировать в формат, удобный для передачи непосредственно на установки аддитивного производства.

Evolve позволяет создавать сложную параметризируемую 3D-геометрию с помощью PolyNURBS-технологии и визуализировать спроектированные изделия

Вторая часть семинара была посвящена презентациям программных продуктов для аддитивного производства – DeskArtes и Amphyon.

Григорий Шалпегин выступил с рассказом о программной системе DeskArtes – универсального инструмента подготовки и доработки геометрии (STL-моделей) к 3D-печати, а также рендеринга моделей. DeskArtes – разработка финской компании DeskArtes Oy – позволяет импортировать геометрию любой сложности и в любых форматах, быстро и качественно дорабатывать ее, исправлять неточности, дефекты и подготавливать модель к аддитивному производству, включая разбиение на слои печати с заданной толщиной, автоматическую генерацию необходимого количества поддержек и позиционирование модели относительно платформы 3D-принтера. Среди основных заказчиков компании DeskArtes Oy можно выделить такие крупные промышленные корпорации, как Rolls-Royce Motor Cars, Skoda Auto a.s., Daimler AG, Adidas AG.

В DeskArtes доступны функции автоматической генерации необходимого количества поддержек и позиционирования модели относительно платформы 3D-принтера (слева); В обновленной версии DeskArtes появилась возможность генерации решетчатых структур (lattice structures) (справа)

Участникам семинара были представлены основные комплектации программного обеспечения DeskArtes, описаны недавно добавленные новые функции и инструменты. В частности, в обновленной версии программного обеспечения появилась новая команда для создания поддержек для различных методов аддитивного производства (DLP, печать из металла и методом стереолитографии). Также у пользователей DeskArtes появилась возможность генерировать решетчатые структуры (lattice structures), которые активно используются, например, в авиакосмической и автоспортивной промышленности, а также в ортопедии при создании имплантатов нового поколения.

Проект оптимизированной с помощью solidThinking Inspire бионический руки промышленного робота, выполненный магистрантом ИППТ СПбПУ, инженером CompMechLab^® Б. Соколовым

Завершил семинар доклад Михаила Жмайло и инженера ИЦ CompMechLab^® СПбПУ Бориса Соколова о только что появившейся на российском рынке программной системе Amphyon.

Разработка компании Additive Works – программная система Amphyon – уже активно используется мировыми промышленными лидерами и хорошо зарекомендовала себя как передовое программное решение для точного моделирования и анализа процессов аддитивного производства.

---

---

Технологии быстрого численного моделирования и анализа процесса выращивания, реализованные в Amphyon, позволяют значительно повысить качество 3D-печати и оптимизировать производство

Михаил Жмайло в своем докладе рассказал об уникальных возможностях и основных функциях программного продукта Amphyon, а также продемонстрировал основные преимущества его применения в сравнении с другими подобными системами.

Amphyon – программная система, предназначенная для точного моделирования и анализа процесса послойного выращивания. В частности, Amphyon позволяет отображать карты ориентации печатаемой модели, оценивать вероятность и уровень коробления при печати, оценивать качество поверхностей, проводить механико-статический расчет и т.д. Система была разработана для того, чтобы уйти от экспериментальных методов послойного выращивания и с помощью компьютерного инжиниринга и скрупулезного анализа процесса аддитивного производства снижать стоимость изделия, время и энергоресурсы, затраченные на его изготовление. Технологии быстрого численного моделирования и анализа процесса выращивания, встраиваемые в технологическую цепочку предприятия, позволяют оптимизировать производство, повышать качество поверхности создаваемых изделий и точность их геометрии с минимальным вовлечением инженера-конструктора.

Amphyon позволяет в реальном времени визуализировать процесс выращивания детали и отследить потенциальные дефекты процесса и искомой конструкции

Amphyon состоит из нескольких модулей, которые предназначены для пре-процессинга и расширения возможностей анализа процесса аддитивного производства. В своей презентации М. Жмайло подробно рассказал об особенностях и функционале каждого модуля, а также привел примеры их использования.

Стоит отметить, что инженеры Центра НТИ СПбПУ являются высококвалифицированными и многопрофильными специалистами в области мультидисциплинарного анализа. В частности, выступавший на семинаре Борис Соколов, а также Илья Зелинский (оба – магистранты ИППТ СПбПУ) выиграли технологический конкурс в рамках проекта GenerationS «Оптимизация кронштейна по массе». Для получения результатов магистранты ИППТ использовали лучшие компьютерные технологии мирового уровня: Altair OptiStruct и solidThinking Inspire.

Презентации сотрудников центра НТИ ИППТ СПбПУ и ГК CompMechLab^® продолжила оживленная дискуссия, продемонстрировавшая значительный интерес ведущих промышленных компаний и университетов России как к используемому и внедряемому ГК CompMechLab^® инженерному программному обеспечению, так и к возможностям Центра НТИ СПбПУ в области инженерного консалтинга для самых различных отраслей промышленности.

Среди наиболее актуальных тем, затронутых слушателями семинара, можно выделить возможности оптимизации с помощью решетчатых структур – регулирование длины и диаметра балочных элементов, конфигурации ячеек периодичности, а также промышленное применение решетчатых структур в мировой практике. В частности, если в авиационной отрасли ячеистые структуры используются умеренно, только в узлах, не несущих критической нагрузки, то автомобильная, автоспортивная индустрия, где снижение массы гоночного болида имеет принципиальное значение, начинает использовать эту технологию достаточно активно.

Яркий пример использования синергии технологий – оптимизации с помощью решетчатых структур и 3D-печати: опорный кронштейн антенны лунохода, создаваемого совместно Google, Inc. и Altair Engineering, проектировался с применением уникальных технологий оптимизации OptiStruct и станет первой напечатанной в металле деталью, отправленной в открытый космос

Мероприятие, проведенное сотрудниками Центра НТИ СПбПУ и ГК CompMechLab^® 20 февраля, ознаменовало собой начало серии семинаров 2018 года, проводимых под эгидой Центра НТИ «Новые производственные технологии» на базе ИППТ СПбПУ. Следующий обучающий семинар, запланированный на 19 марта, будет посвящен функциям и возможностям лучшей в своем классе программной системы Moldex3D, предназначенной для моделирования и анализа всех методов литья пластмасс.

---