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Eventos Anais de eventos

Anais de eventos

COBEM 2019

25th International Congress of Mechanical Engineering

A Topology Optimization Procedure for Additive Manufactured Components

Submission Author: Luiz Fernando Barbosa Carvalho , MG
Co-Authors: Luiz Fernando Barbosa Carvalho, Ricardo Poley Martins Ferreira
Presenter: Luiz Fernando Barbosa Carvalho

doi://10.26678/ABCM.COBEM2019.COB2019-0361

 

Abstract

This paper proposes a topology optimization methodology oriented to orthotropic structures built in polylactic acid (PLA) and fabricated by fused deposition modeling (FDM). The proposed formulation aims to minimize the structural compliance while constrained by material volume. The problem is solved as a variation of the SIMP (Solid Isotropic Micro-structure with Penalization) method, where the penalty function is replaced by a model of the mechanical properties as a function of the infill density, which is a printing parameter of the FDM process. The infill densities are then treated as design variables, being assigned one value for each element of a mesh that defines the domain of the problem. The proposed optimization methodology consists in two stages. At first, Optimality Criteria is employed to solve the topology optimization problem resulting in an infill density continuously varying over the domain of the problem. Then, as conventional 3D printers cannot manufacture these components, a second optimization problem is designed to translate the continuous solution into a discrete one, where five possible infill density values are allowed. Numerical examples are developed comparing the results from the proposed methodology to those obtained using SIMP. The examples show that using the proposed methodology can achieve lower compliance values than the classic SIMP approach.

Keywords

Topology optimization, SIMP, fused deposition modeling, infill optimization

 

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