อนาคตใหม่วิเคราะห์รูปแบบโครงสร้างชิ้นงาน Topology Optimization

การขึ้นรูปโครงสร้างชิ้นงาน Topology Optimization

หลายท่านอาจจะยังไม่คุ้นเคย และยังไม่รู้จักกับ Topology อีกนึงเทคโนโลยี Ai ในปัจจุบัน ซึ่ง Topology Optimization เป็นการวิเคราะห์หารูปแบบของโครงสร้าง โดยกำหนดเงื่อนไขต่างๆ ในการออกแบบ เช่น แรงกระทำ, จุดจับยึด เพื่อให้ได้ชิ้นงานที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุด โดยใช้วิธีคำนวณทาง FEA ในการจำลองโครงสร้างและคำนวณหาผลลัพธ์ ซึ่งคุณสมบัติเด่นของวิธีการนี้ คือ ความเป็นอิสระของการออกแบบที่ไม่จำกัดอยู่ในกรอบของรูปทรงแบบเดิมๆ อย่างรูปทรงเรขาคณิต ทำให้นอกจากที่โครงสร้างที่มีประสิทธิภาพแล้วยังได้ความสวยงามและแปลกใหม่ของรูปร่างอีกด้วย

และครั้งนี้ผมจะขอยกตัวอย่าง การสร้างชิ้นงานที่ได้จาก Topology Optimization โดยชิ้นงานที่ลดน้ำหนักด้วยกระบวนการ Topology Optimization มักจะอยู่ในรูปแบบ Free form คือ ไม่ได้เป็นรูปทรงเรขาคณิต และชิ้นงานบางรูปร่างก็ยากต่อการผลิตด้วยวิธีกัด กลึง เจาะ ปั๊ม เป็นต้น ดังนั้นหากต้องการสร้างชิ้นงานที่ได้จาก Topology Optimization เราอาจจะใช้วิธีต่างๆ ดังต่อไปนี้

ใช้ผลลัพธ์ที่ได้จาก Topology Optimization เป็นแนวทางและเขียนโมเดลขึ้นมาใหม่

วิธีนี้จะสามารถผลิตชิ้นงานได้แน่นอน แต่จะเสียเวลาในการเขียนโมเดลใหม่ ซึ่งถ้าชิ้นงานที่ได้มามีรายละเอียดซับซ้อนจะยิ่งยากต่อการเขียนแบบ

กำหนดการทำ Topology Optimization ให้อยู่ในรูปแบบที่การผลิตรองรับ

ในฟังก์ชัน Topology สามารถกำหนดรูปร่างหรือวิธีการผลิตที่จะใช้ได้แบบคร่าวๆ ทำให้โปรแกรมจะออกแบบรูปร่างที่เป็นไปในแนวทางที่เราต้องการ ตัวอย่างรูปร่างที่สามารถกำหนดในโปรแกรม SolidWorks Simulation ได้แก่

Add Preserved ใช้กำหนดผิวที่ต้องการรักษาไว้ โดยไม่ลดเนื้อชิ้นงานผิวที่เลือก

Specify Thickness Control กำหนดค่าความหนาของชิ้นงานไม่ให้มากหรือน้อยเกินกว่าที่กำหนด
Specify De-mold Direction กำหนดทิศทางที่จะถอดโมลชิ้นงาน

Specify Symmetry Plane กำหนดให้ชิ้นงานสมมาตร

ใช้ 3D Printer ในการสร้างชิ้นงาน

การใช้ 3D Printer ทำให้การสร้างชิ้นงานทำได้ง่ายขึ้น เพราะเมื่อได้รูปร่างชิ้นงานจาก Topology Optimization มาก็สามารถ Export ไฟล์เป็นนามสกุล .stl ซึ่งสามารถนำเข้าโปรแกรมของเครื่อง 3D Printer ได้ทันที

ในส่วนของการผลิตชิ้นงานด้วย 3D Printer นั้นมีเรื่อง Support ที่ต้องคำนึงเป็นหลัก เพราะถ้าชิ้นงานที่ได้จาก Topology Optimization มีรายละเอียดเล็กๆ หรือมีมุมที่เข้าถึงได้ยาก หากใช้เครื่อง 3D Printer ที่มีหัวฉีดเดียว ซึ่งใช้ Support เป็นวัสดุชนิดเดียวกับชิ้นงานทำให้ผู้ใช้จะต้องแกะ Support เอง โดยอาจจะใช้มือดึงหรือคีมตัด ดังนั้นถ้าเป็นมุมที่มือหรือคีมตัดเข้าถึงได้ยากก็จะทำให้แกะ Support ได้ลำบาก แต่หากใช้ 3D Printer ที่มีสองหัวฉีดก็จะช่วยให้การทำงานสะดวกยิ่งขึ้น เพราะสามารถแยกหัวฉีดสำหรับทำ Support เป็นวัสดุชนิดหนึ่ง ส่วนอีกหัวฉีดสำหรับทำชิ้นงานก็เป็นอีกวัสดุ เมื่อทำชิ้นงานเสร็จก็สามารถใช้น้ำหรือสารเคมีเพื่อละลาย Support ออกได้

ใช้วัสดุ Support ชนิดเดียวกับชิ้นงานจะต้องตัด Support ออกเอง

ใช้วัสดุ Support ชนิดละลายน้ำได้จะช่วยให้นำ Support ออกได้ง่ายและผิวชิ้นงานสะอาดมากกว่า

การวิเคราะห์แบบ Topology Optimization เป็นอนาคตใหม่ในการออกแบบชิ้นงานให้เหมาะสมกับการใช้งานที่สุด และชิ้นงานมีความแข็งแรงเพียงพอต่อการใช้งาน แต่สามารถประหยัดวัสดุในการสร้างได้มากยิ่งขึ้น สามารถเข้ามาดูข้อมูลเพิ่มเติม : https://www.applicadthai.com/solidworks-simulation