Redesign of drivetrain component of a shell eco marathon vehicle for additive manufacturing via topology optimization

Abstract

Katmanlı İmalat, potansiyel olarak daha mukavim ve daha hafif parçaların üretilmesini mümkün kıldığından, geleneksel üretim yöntemlerine önemli bir alternatif olarak ortaya çıkan bir teknolojidir. Katmanlı İmalat ile üretimi gerçekleştirilen hafif yapıların tasarımı, özellikle havacılık, otomotiv endüstrisi ve akademide büyük dikkat çekmektedir. Öte yandan, katmanlı imalatın karmaşık topoloji üretme kabiliyeti, genellikle topoloji optimizasyonunun getirdiği bir sonuçtur ki, bu da topoloji optimizasyonunu katmanlı imalat için iyi bir tasarım aracı kılmaktadır. Enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması ve / veya daha yüksek performans sağlama hedefleri nedeniyle, daha hafif ve daha dayanıklı bileşenlerin kullanılması havacılık ve otomotiv endüstrilerinde kritik öneme sahiptir. Bu çalışmanın temel amacı, Shell Eco-Marathon aracı SAITEM EVRIM-4'ün aktarma organındaki yapısal bir bileşenin, Topoloji Optimizasyonu uygulaması ile, endüstriyel bir tasarım aracı olan Altair Inspire™ kullanılarak, kütle azaltma amacıyla yeniden tasarlanmasıdır. Mevcut çalışmanın bir parçası olarak gerçekleştirilen sonlu elemanlar analizi sonuçları, yeniden tasarlanmış parçanın, parça çalışırken maruz kalacağı yüklere dayanabileceğini açıkça göstermektedir. Ayrıca, yeniden tasarlanmış model ile önemli ölçüde bir ağırlık azaltma elde edilmiştir.

Additive Manufacturing (AM) has been an emerging technology and an important alternative to conventional manufacturing methods as it enables production of lighter parts that are potentially more durable. In this context, the design for additive manufacturing (DFAM) has been drawing considerable amount of attention mainly in aerospace, automotive industries as well as in academia. On the other hand, the ability of additive manufacturing to manufacture complex topology often is the outcome from topology optimization, makes topology optimization a good design tool for additive manufacturing. The use of lighter and more durable components is of critical importance in aerospace and automotive industries due to the goals for more efficient use of the energy resources and / or higher performance. The main objective of the present work is to redesign a structural component of the drivetrain of the Shell Eco-Marathon vehicle, SAITEM EVRIM-4, with the use of Altair Inspire™, an industrial generative design tool, by application of Topology Optimization for Additive Manufacturing aiming mass reduction. The results of finite element analysis that have been performed as part of the present work clearly show that the redesigned part is capable of withstanding to applied loads while the part is in operation. Moreover, a significant mass reduction is achieved with the redesigned model.