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NTopology permet d'acquérir des logiciels pour la CAO
Projets étudiants du laboratoire DREAMS de Virginia Tech
Le cours "Additive Manufacturing" de Virginia Tech de l'automne 2020 a réuni un groupe de quarante étudiants de premier et deuxième cycles de l'école d'ingénieurs. Ce cours était axé sur les technologies de la GA - la physique des procédés et des matériaux - et la conception pour les méthodologies de la GA.
En raison de COVID-19, la classe de fabrication d'additifs de Virginia Tech, enseignée par le laboratoire DREAMS, est passée à une expérience entièrement en ligne/virtuelle l'automne dernier. Pour tirer le meilleur parti de la situation, le Dr. Chris Williams a adapté le programme pour y inclure des visites virtuelles supplémentaires de l'industrie de l'AM. Il s'agit notamment d'équipementiers (tels que ExOne, MELD et SLM Solutions), de fournisseurs de services AM (tels que Big Metal Additive) et d'utilisateurs finaux (tels que Boeing).
L'expérience virtuelle a également permis d'offrir aux étudiants plus de temps pratique avec des logiciels qui excellent dans la conception pour la fabrication d'additifs Design for Additive Manufacturing (DFAM)* et la formation associée, ce qui manquait dans les offres de cours précédentes.
C'est là qu'interviennent nTopology et la communauté nTopEd. nTopology a permis aux étudiants d'acquérir des logiciels qui excellent dans les opérations de DFAM, ce qui était auparavant difficile, voire impossible, à mettre en œuvre avec les progiciels de CAO traditionnels. nTopology a permis aux étudiants de découvrir la puissance des treillis. Les sessions de formation virtuelle dirigées par l'ingénieur d'application de nTopology, Evan Pilz, leur ont permis d'accéder à des logiciels avancés et de savoir comment les utiliser pour les aider à réaliser leurs concepts.
Nous avons pris contact avec les étudiants et les avons interrogés sur leurs projets. Voici quelques uns des projets finaux de la classe qui ont été créés avec nTopology.
ERGO Mouse: Shang Xu
Quel est le nom de votre projet ?
Souris ERGO
Quelle a été votre inspiration ?
Moulage dentaire + treillis + étui à souris
Donnez-nous une brève description de votre projet.
ompte tenu de la pandémie mondiale actuelle et de l'augmentation rapide du travail à distance, la plupart des gens passent encore plus de temps que d'habitude devant leur ordinateur. L'une des plus grandes préoccupations ergonomiques découlant de ce comportement est la douleur et l'inconfort associés à l'utilisation prolongée d'une souris d'ordinateur. Cela est particulièrement vrai pour les personnes handicapées ou souffrant de problèmes de santé à long terme. La plupart des souris d'ordinateur produites en masse et disponibles dans le commerce sont conçues pour être bon marché et faciles à fabriquer.Malheureusement, les souris bon marché ne sont pas conçues pour l'ergonomie ni pour le confort de l'utilisateur final. Dans certains cas, les personnes handicapées ne sont tout simplement pas capables d'utiliser une souris d'ordinateur traditionnelle.
En créant des coques de souris personnalisées, nous pouvons créer un produit qui soulage de nombreux problèmes de santé et de la douleur générale causés par l'utilisation à long terme d'une souris d'ordinateur. En outre, comme nous ne créons une coque que pour une souris déjà existante, nous pourrons nous concentrer davantage sur les aspects ergonomiques de la conception plutôt que sur les composants fonctionnels de la souris.
Les utilisateurs visés par ce produit sont les personnes souffrant de maladies ou de handicaps liés à la main, comme l'arthrite, le syndrome du canal carpien, ou toute personne souffrant de douleurs et de malaises liés à l'utilisation d'une souris d'ordinateur. Par conséquent, l'objectif de ce projet est d'utiliser une souris d'ordinateur non ergonomique donnée et de concevoir un boîtier de souris sur mesure pour les personnes souffrant de troubles de santé ou de handicaps
Quel problème la nTopologie vous a-t-elle aidé à résoudre ?
nTopology m'a aidé à concevoir des treillis de manière intuitive. Les modificateurs pilotés par le terrain (en particulier le bloc Rampe) donnent une grande liberté de conception. L'interface utilisateur du bloc est facile à comprendre et à apprendre pour les membres de l'équipe. La fonction Slice to B&W permet d'imprimer facilement pour le jetting des matériaux.
Je n'aurais pas pu concevoir ce projet avec un autre logiciel - ou cela aurait été extrêmement difficile.
Quels ont été les avantages de nTopology ?
Les corps implicites sont intéressants à travailler et conviennent bien aux conceptions ergonomiques où la modélisation de la surface est inutile. Très compatible avec d'autres logiciels. L'impression 3D conviviale peut accélérer le prototypage.
Qu'est-ce qui vous a surpris dans nTopology ?
Le flux de travail des blocs est unique, tout comme le codage. La modification des variables et la mise à jour du design sont très utiles.
Quel est le nom de votre projet ?
Fusée réutilisable pour l'enseignement des STEM
Donnez-nous une brève description de votre projet.
Mon équipe a développé une fusée réutilisable imprimée en 3D qui s'est lancée d'une seule impulsion et a ensuite fonctionné comme un planeur. Cette fusée est un outil éducatif pour les étudiants dans le domaine des STEM, et en tant que tel, nous voulions utiliser l'impression 3D pour fournir un produit facilement modifiable et rapide à produire. Nous voulions également nous assurer que le coût était suffisamment bas pour que l'expérimentation et l'échec ne soient pas un revers financier. Nous voulions donc un corps de fusée bon marché et un carburant bon marché.
Nous avons découvert que le carbure de calcium (qui produit du gaz acétylène lorsqu'il réagit avec l'eau) était une source de combustible stable et bon marché qui pouvait potentiellement fournir une poussée suffisante pour propulser un vaisseau léger, moyennant quelques essais préliminaires. Des calculs de base montrent que les plastiques utilisés dans les imprimantes de bureau pourraient résister à la chaleur de cette combustion, à condition qu'il s'agisse vraiment d'une impulsion courte et non d'une combustion soutenue, ce que ces essais préliminaires ont confirmé.
Quels problèmes la nTopologie vous a-t-elle aidé à résoudre ?
Le plus difficile dans la conception a été de mettre au point un corps suffisamment léger pour être lancé par ce carburant. La chambre était une simple coquille. Cependant, les ailes étaient encombrantes et pouvaient être denses.
En utilisant la nTopology, nous avons fabriqué une structure en treillis à l'intérieur des ailes, qui offrait une résistance comparable à ce qu'un modèle de remplissage standard d'une trancheuse pouvait produire tout en réduisant considérablement le poids. Pour réduire davantage le poids, nous avons pu réduire l'épaisseur du treillis à mesure que la distance du corps augmentait.
Le résultat a été une fusée de 61g au total, ce qui inclut le poids de l'électronique nécessaire à l'allumage. Après les essais, la conception semblait fonctionner raisonnablement bien ; cependant, notre application du carburant et de l'emplacement de l'allumage a entraîné une poussée insuffisante pour le décollage
nTopology a permis de modifier le latticing avec une facilité surprenante et d'insérer de nouveaux fichiers STL sans avoir à redémarrer le projet, ce qui s'est avéré très utile pour répéter les plans de coque et d'aile.Quel est le nom de votre projet ?
Bike Helmet
Quelle a été votre inspiration ?
L'un de nos cinq coéquipiers fantastiques, Will Makowski, a joué un rôle essentiel dans la promotion de l'effort que nous avions considéré comme un travail très efficace. Il a mentionné : "De par mon expérience professionnelle dans le développement d'équipements de protection individuelle (EPI), j'avais supposé à tort que ceux qui concevaient les EPI connaissaient les problèmes sous-jacents des produits qu'ils créaient, étaient censés les résoudre. Notre équipe chargée des casques (Noah Haefner, Corbin Hawk, Joshua Hull, Dominic LoPinto et Will Makowski) a constaté que pour les cyclistes en particulier, l'ajustement du casque est déterminé par des entretiens avec les utilisateurs finaux, ce qui constitue un obstacle à la sécurité à vélo. Donc, pour améliorer l'ajustement, notre objectif est devenu de développer une structure atténuant l'impact par la fabrication d'additifs, en utilisant la nTopologie comme première étape vers un ajustement plus personnalisé".
Donnez-nous une brève description de votre projet.
L'objectif principal de notre projet était de créer un casque de vélo plus personnalisé et potentiellement plus protecteur grâce à une fabrication additive, permettant une conception de casque plus sûre, plus confortable, plus légère et potentiellement plus esthétique.
Nous avons utilisé un scanner 3D Systems et Fusion 360 pour préparer un maillage pour la nTopologie, où la magie a vraiment commencé. Nous avons utilisé des treillis conformes et un épaississement de treillis piloté par le terrain pour étudier les structures d'impact à travers une nouvelle lentille. Au final, nous avons affiné notre champ d'action, compte tenu des limites de notre calendrier, pour produire quelques treillis matériels pour les tests d'impact et des conceptions conformes pour chacun des treillis testés.
Quel problème la nTopologie vous a-t-elle aidé à résoudre ?
J'étais le seul de l'équipe à avoir une expérience du lattage. nTopology offre une très faible barrière à l'entrée pour tous ceux qui montent à bord et explorent différentes options de lattage. Ce manque de connaissances était au départ une chose qui nous préoccupait tous.
Techniquement, la nTopologie a simplifié le latticage conforme. En raison de la rapidité de la nTopologie, nous n'avons pas eu à choisir un seul type de treillis. Nous pouvions rapidement itérer à travers de nombreuses options et en intégrer quelques-unes dans les considérations finales.
Auriez-vous pu concevoir ce projet avec d'autres logiciels ?
J'ai moi-même développé des treillis dans le passé. Alors que la génération d'un seul treillis conforme aurait été possible avec des outils de CAO traditionnels spécifiques, nous n'aurions jamais pu explorer autant de concepts de conception que nous l'avions fait avec nTopology. Chaque nouvelle itération devait être refaite ou modifiée de manière significative à partir des dessins précédents pour obtenir une impression de conformité avec la forme du crâne numérisé. Ajoutez le gradient d'épaisseur basé sur le terrain que nous avons mis en œuvre dans le casque, et il est hors de question de créer ce modèle dans un délai raisonnable.
Quels ont été les avantages de la nTopologie ?
La nTopologie nous a essentiellement permis de coder des modèles paramétrés dont les paramètres étaient nos cellules unitaires et nos champs de surface. Cette paramétrisation, combinée à un besoin minimal d'édition, a apporté un réel avantage. Nous passions en revue différents modèles de treillis et les modifiions en temps réel devant l'équipe pour prendre des décisions de conception. Des concepts qui seraient normalement très difficiles à communiquer étaient soudain accessibles en un clic.
Échangeur de chaleur à base de mousse métallique : Bharath Bharadwaj & Sudarasan Sadagopan
Bharath (à gauche) et Sudharsan (à droite) sont des étudiants en deuxième année de maîtrise en génie mécanique et en génie mécanique respectivement à Virginia Tech, Blacksburg.
Quel est le nom de votre projet ?
Échangeur de chaleur à base de mousse métallique pour les processeurs de grande puissance.
Donnez-nous une brève description de votre projet.
Avec les demandes croissantes de ressources de calcul et le besoin toujours croissant de processeurs plus rapides et plus puissants, la dissipation de la chaleur excédentaire générée dans le boîtier électronique devient très importante. L'utilisation du refroidissement liquide avec des mousses métalliques est une alternative intéressante pour les problèmes de gestion thermique.
Les mousses métalliques pourraient aider à abaisser le niveau de refroidissement utilisé "d'un niveau". Par exemple, dans le refroidissement de l'unité centrale, le refroidissement à air forcé devient saturé. Au lieu de passer à un refroidissement liquide, les mousses métalliques pourraient fournir des performances satisfaisantes avec un refroidissement à air forcé. De même, les applications à deux phases pourraient être réduites à un refroidissement liquide monophasique, etc.
Les perturbations de l'écoulement, la vorticité locale et l'augmentation de la surface sont des facteurs critiques qui contribuent à une meilleure performance de transfert de chaleur dans les mousses métalliques que les mini-canaux classiques à refroidissement liquide.
Pour ce projet de cours, nous avons conçu trois différents échangeurs de chaleur à treillis métallique en nTopologie et sélectionné la conception pour une performance optimisée. Le prototype de la conception optimisée a été imprimé. Nous espérons valider les performances expérimentales de l'échangeur de chaleur sous peu.
Quel problème la nTopologie vous a-t-elle aidé à résoudre ?
nTopology a facilité la conception de différents treillis métalliques pendant la phase de génération du concept et a aidé à choisir le meilleur design à imprimer. Il est généralement très difficile de modéliser ces treillis complexes avec d'autres progiciels de CAO classiques. La présence d'une pléthore d'options de latticing dans nTopology a permis de vérifier rapidement ce qui pouvait fonctionner pour nous.
En outre, nTopology est très utile pour s'assurer que le fichier CAO est prêt à être imprimé dans le bon format avec un minimum d'erreurs. L'interface très intuitive et l'étonnante interface utilisateur de nTopology, notamment la vitesse de génération de la géométrie et du maillage, ainsi que certaines capacités d'analyse intégrées ont été surprenantes.
Plus important encore, alors que les logiciels traditionnels de CAO et d'analyse nécessitent beaucoup de ressources de calcul, nous avons pu utiliser nos ordinateurs portables habituels pour obtenir nos conceptions avec nTopology.
L'autre aspect surprenant était la page d'assistance bien conçue, avec non seulement des ressources suffisantes pour démarrer, mais aussi des études de cas qui permettent d'apprécier les capacités de nTopology. Il est étonnant que nTopology ait une culture ouverte de partage de précieux webinaires et ateliers d'études de cas d'applications spécifiques à un domaine, qui sont très utiles du point de vue des applications, tant pour les nouveaux étudiants que pour les experts chevronnés de l'industrie qui adoptent nTopology.
