כיצד יישום מבני TPMS יעזור לפתור בעיות נפוצות בתחום התעופה, רכב, רפואה ועוד
מבנה TMPS, או Triply Periodic Minimal Surface הוא סוג של מבנה Lattice עם פוטנציאל לעשות מהפכה בתכן מכני בתחומים מסוימים. מבנים אלו מתאפיינים בעל יחס משקל-חוזק גבוה מאוד וכמו כן, בצורה המשטחית המורכת שלהם אשר מפרידה נפח פנימי לשני אזורים נפרדים.
המשטחים האלו הם פרמטריים ומאפשרים להתאים את הממדים של המבנה לשלל אפליקציות שונות ולתת תכונות ייעודיות.
סוף סוף נגיש גם למשתמשי SOLIDWORKS בהוספה של ה Lattice Designer(LTX) דרך פלטפורמת ה 3DEXPERIENCE.
אחת הדוגמאות הידועות יותר של מבנה TPMS הוא ה Gyroid . מבנה שקיים בטבע ולראשונה התגלה ב 1970 ע"י מדען NASA בשם Alan Schoen . את ה gyroid ניתן למצוא למשל בכנפי מינים רבים של פרפרים, כולל פרפר המורפו. המבנה הקל משקל עוזר להעניק לכנפיים החוזק והעמידות שלהן.
Affiliations: Benjamin Winter, Benjamin Butz, Christel Dieker, Gerd E. Schröder-Turk, Klaus Mecke, Erdmann Spiecker
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1511354112
הטמעת מבני TMPS ב-SOLIDWORKS
פלטפורמת ה- 3DEXPERIENCE של דאסו סיסטמס הוסיפה לאחרונה יכולות מתקדמות מתוך פורטפוליו CATIA לסל היכולות שלה. כתוצאה מכך, כל משתמש SOLIDWORKS יכול כעת לגשת ליכולות אלו, לבחור מתוך מגוון רחב של סוגי מבנים שונים:
Gyroid, Neovius, Lidinoid, IWP ועוד… וליישם אותם על המודלים שלו בקלות.
על מנת לעשות זאת בצורה יעילה, 3DEXPERIENCE משתמש ביכולות ה GPU ויכולות וויזואליזציה מתקדמות. מה שמאפשר לו לחשב את המבנה הכללי תוך שניות ספורות.
היתרונות העיקריים של מבני TPMS הן:
- משקל – מבני TPMS שוקלים 50-90% פחות מחומר מלא. זוהי תכונה המשותפת לכל מבני ה lattice . זה הופך את המבנים האלו להיום מושלמים במקומות בהם משקל הוא מפקטור חשוב, כמו בחלקים בתעופה, רכב ומוצרי צריכה שונים.
- חוזק – מבני TPMS הם בעלי חוזק-גבוהה ועמידים בפני דפורמציה ושבר.
הייחס חוזק-משקל שלהן לרוב גבוה יותר מזה של חומר מלא. - מעבר חום – למבנים אלו יש צורה משטחית נקבובית מורכבת, אשר מפרידה את הנפח הפנימי לשני אזורים נפרדים. התכונה הזאת מאפשרת לשפר מאוד תכונות כמו מעבר חום, זרימה וספיגת אנרגיה. למשל בתכנון של מחליפי חום, מפזרי חום ועוד.
- ספיגת אנרגיה – בגלל המבנה המיוחד, יש לו תכונות מצוינות של ספיגת אנרגיה. תכונה חשובה מאוד בהגנה מנפילה, נגיפה והתנגשות.
- תאימות ביולוגית – לחלק ממבני ה TPMS יש דמיון לרקמות אנושיות. זה שימושי בתכנון שתים ואפליקציות בהן יש צורך בהתאמה לרקמות אנושיות.
מגוון רחב של סוגי מבנים שונים (Gyroid, Neovius, Lidinoid, IWP ועוד…)
המבנה יכול ללכת לפי כאורדינטות שונות, ואף ללכת לפי אלגוריטם מוגדר מראש. אשר נעשה על ידי Visual Scripting . על זה נדבר בפוסט נפרד.
דוגמה ליצירת מחליף חום שבוא אפשרי לציין כניסה ויציאה. התוכנה מחלקת את הנפח הפנימי לשני אזורים אשר לא מתערבבים אף פעם.
לצורך וולידציה 3DX ממיר באופן אוטומטי את המבנה למודל אלמנטים סופיים בהתאם. מבני lattice שונים יהפכו לאלמנטי beam ו shell בהתאם והקשרים הרלוונטיים ייווצרו ביניהם.
>> לחצו על התמונה להגדלה
על המודל המתקבל ניתן להריץ את כל סוגי האנליזה. בפרט בדיקות חוזק לינאריות, לא-לינאריות, תרמיות ולבצע אופטימיזציה למבנה לפי KPIs .
כמעט בכל תחום בתעשייה ניתן למצוא אפליקציה שבה מבני TPMS יהיו שימושיים. בתעופה וחלל– חלקי כנף, חלקי מנוע ומגוון אפליקציות מעבר חום. ברכב– פגושים, מרסני זעזועים, חלקי מנוע. ברפואה – שתלים דנטליים, פיגומי עצמות. באריזה – מארזים קלי משקל עם יכולות ספיגת זעזועים גבוה מאוד. בארכיטקטורה – אלמנטים מבניים ועיצוביים.לסיכום, מודבר כאן בטכנולוגיה בעלת פוטנציאל עצום לשפר את יכולות המתכנן המכני.
הפתרון בסביבת 3DEXPERIENCE הנגיש את היכולות האלו לרמה פונקציונלית ומתאימה לסביבת הפיתוח וכעת כל מתכנן SOLIDWORKS יכול לגשת ליכולות האלו בקלות.
לפרטים נוספים מוזמנים ליצור קשר ולברר לגבי ה Lattice Designer (LTX) בפלטפורמת ה 3DEXPERIENCE.
