A topology optimization formulation including a model of the layer-by-layer additive manufacturing (AM) process is considered. Defined as a multi-objective minimization problem, the formulation accounts for the performance and cost of both the final and partially manufactured designs and allows for considering AM-related issues such as overhang and residual stresses in the optimization. The formulation is exemplified by stiffness optimization in which the overhang is limited by adding mechanical or thermal compliance as a measure of the cost of partially manufactured designs. Convergence of the model as the approximate layer-by-layer model is refined is shown theoretically, and an extensive numerical study indicates that this convergence can be fast, thus making it a computationally viable approach useful for including AM-related issues into topology optimization. The examples also show that drips and sharp corners associated with some geometry-based formulations for overhang limitation can be avoided. The codes used in this article are written in Python using only open sources libraries and are available for reference.


翻译:考虑一个包括一个逐层添加剂制造过程模型的地形优化配方,将之定义为一个多目标最小化问题,配方将最终和部分制造的设计的性能和成本计算在内,并允许在优化中考虑与AM有关的问题,如悬浮和剩余压力。这种配方以僵硬性优化为示例,即加添机械或热性能符合度作为衡量部分制造设计成本的尺度,从而限制悬浮。在理论上显示该模型的趋同性,因为大约的逐层制造模型得到精细化,而一项广泛的数字研究表明,这种趋同可以快速,从而使其在计算上可行的方法上将与AM有关的问题纳入地形优化。这些例子还表明,可以避免与某些超载限制的几何制配方相关的滴和尖角。本文章中使用的代码仅使用开放源图书馆,以Python编写,可供参考。

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