Methods of Additive Manufacturing used in the Technology of Skeleton Castings

• Autorzy: Piekło J. , Maj M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0114

Warianty tytułu

PL

Metody przyrostowego wytwarzania w technologii odlewów szkieletowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Rapid development of the methods of additive manufacturing (AM) introduces a number of changes to the design of foundry equipment. AM methods are of particular importance in the development of technology to make small lots of castings or single cast items of complex shapes, such as skeleton castings manufactured also by means of other technologies [1]. AM methods create the possibility of making single-use moulds, cores and wax patterns, as well as patterns made from plastics for repeated use. The development of AM techniques gives theoretically unlimited possibilities in the choice of the designed casting configurations. This fact can be used during the analysis of casting mechanical properties based on the methods of topology optimisation [2], [3], [17], when the said optimisation carried out at the initial stage of design ”matches” the shape of parts to the field of stresses or displacements caused by external load and fixing mode. The article discusses the possibilities and advantages that result from combining the new methods of shaping the casting endurance with AM technologies.

PL

W artykule zaprezentowano możliwości integracji nowoczesnych technologii wykonania oprzyrządowania odlewniczego oraz metod optymalizacji konstrukcji. Systemy przyrostowego wytwarzania (ang. additiv manufacturing, AM) pozwalają na projektowanie bardzo złożonych kształtów konstrukcji, spełniających w znacznie większym stopniu, niż inne metody technologiczne, kryteria kształtowania wytrzymałościowego. Niektóre z szerokiej gamy metod AM, omówione w niniejszym artykule, są szczególnie przydatne w wytwarzaniu form i rdzeni ceramicznych oraz metalowych części oprzyrządowania odlewniczego. Omówiono zastosowanie metod optymalizacji topologicznej w kształtowaniu konstrukcji we wczesnej fazie projektowania, szczególnie w tym przypadku, gdy określone są jedynie założenia dotyczące funkcjonowania podparć i sił działających na obiekt. Przykłady optymalizacji wykonano w oparciu o własny algorytm obliczeniowy, który umożliwia przemieszczanie i eliminowanie masy wewnątrz obszaru projektowego, tak aby przy określonych warunkach brzegowych i sposobie obciążenia, otrzymać najbardziej korzystny stosunek wytrzymałości do masy odlewu. Z reguły w wyniku zastosowania powyższego algorytmu powstają konstrukcje o złożonym kształcie - przestrzenne ramy lub kratownice oraz powierzchnie nie dające się opisać za pomocą prostych jednostek geometrycznych, dla których wykonania właściwe jest stosowanie przyrostowych metod wytwarzania oprzyrządowania odlewniczego.

Słowa kluczowe

EN

additive manufacturing; skeleton castings; topology optimization

PL

wytwarzanie przyrostowe; odlewy szkieletowe; optymalizacja konstrukcji

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 2
• Strony: 699--702
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Piekło J.

• University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, Department of Foundry Process Engineering, Section of Foundry Machines and Casting Design, 23 Reymonta Str., 30-059 Kraków, Poland

autor

Maj M.

• University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, Department of Foundry Process Engineering, Section of Foundry Machines and Casting Design, 23 Reymonta Str., 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] M. Cholewa, M. Dziuba, Archiwum Technologii Maszyni Automatyzacji 29, 11 (2009).
• [2] M. P. Bendose, O. Sigmund, Topology Optimization - Theory, Methods and Aplications, Springer Verlag, 2003.
• [3] R. Kutyłowski, Optymalizacja topologii kontinuum materialnego, Wrocław 2004.
• [4] VX4000, Das grossformatige 3D-Drucksyste, http://www.voxeljet.de/systems/vx4000/
• [5] VXC800,Der kontinuierlich arbeitende 3D-Drucker, http://www.voxeljet.de/systems/3d-druckervxc800/
• [6] Eosint M280, http://gpiprototype.com/services/eosintm280.html
• [7] The Rapid Prototyping Patent Museum, http://www.additive3d.com/museum/mp.htm
• [8] W. Feng, J. Y. H. Fuh, Y. S. Wong, Materials Science Forum 505, 25 (2006).
• [9] http://www.exone.com
• [10] http://www.solid-scape.com/products/3d-printers/3z-max
• [11] J.-P. Kruth, P. Mercelis, J. Van Vaerenbergh, L. Froyen, M. Rombouts, Rapid Prototyping Journal 11, 26 (2005).
• [12] http://www.eos.info/systemssolutions/metal/systemsequipment/eosintm280
• [13] http://www.eos.info/systemssolutions/sand/systemsequipment/eosints750
• [14] http://www.stratasys.com/applications/manufacturing-tooling/investment-casting
• [15] http://www.stratasys.com/3d-printers/production-series/fortus-900mc
• [16] L. J. Gibson, M. F. Ashby, Cellular Solids - Structure and Properties, Toronto, 1987.
• [17] J. Piekło, M. Maj, Casting design optimisation by FEM, The 31st Scientific Conference on Modern Foundry Technologies 27, Cracow (2007).
• [18] J. Piekło, S. Pysz, M. Małysza, A. Karwiński, Archives of Foundry Engineering 11, (2011).
• [19] J. Piekło, S. Pysz, M. Małysza, International Foundrymen Conference : sustainable development in foundry materials and technologies, Croatia (2012).