Топологическая оптимизация как форма искусства

Инженерная компания Arup провела обычную операцию — топологическую оптимизацию модели детали, которая должна удерживать вместе шесть кабелей. Операция простая, но деталь в результате приобрела совершенно фантастический вид, а заодно стала выгодной в производстве.

Изначально деталь выглядела как труба, к которой приварены шесть крепежных петель — конструкция простая, но тяжелая, да и материала на нее уходит много. Первая попытка оптимизации модели в Autodesk Within дала изящный результат, но в новой версии деталь получила большое количество ажурных поддержек, которые дополнительно приходится удалять на этапе постобработки. Кроме того, за основу была взята оригинальная модель, достаточно большая по размерам.

Инженеры проконсультировались с компанией CRDM/3D Systems, которая специализируется на аддитивном производстве, и снова оптимизировали модель детали, однако в этот раз добавили ограничения, задаваемые в том числе параметрами 3D-принтера, на котором планировалось изготовить деталь методом селективного лазерного спекания. В частности, учитывалась толщина слоя, высота рабочей камеры и количество деталей, изготавливаемых принтером за один раз. Получившуюся модель еще немного доработали вручную, изменив расположение крепежных отверстий, высоту детали и убрав материал там, где позволил структурный анализ детали.

Результат получился интересным и совсем не похожим на изначальный вариант. Во-первых, по подсчетам инженеров, через 2-5 лет аддитивное производство окончательной оптимизированной версии детали станет дешевле, чем традиционное. Во-вторых, расчеты указывают на возможное сокращение материала до 60 процентов по сравнению с оригинальной деталью при сохранении заявленных характеристик по максимальной нагрузке в 109 килоньютонов на каждый кабель. 

В-третьих, это красиво.