مقایسه روشهای بهینه سازی تحلیلی و مبتنی بر طراحی تجربی به منظور تعیین جهت گیری بهینه ساخت در فرآیندهای نمونه سازی سریع

نمونه‌سازی سریع (ساخت افزودنی یا چاپ سه‌بعدی) روشی از ساخت قطعات است که می‌تواند نمونه طراحی شده در رایانه را به‌طور مستقیم به قطعه فیزیکی تبدیل کند. یکی از مهمترین عواملی که در ساخت قطعات با روش نمونه‌سازی سریع باید مورد توجه قرار گیرد، الگوی جهت‌گیری ساخت قطعه است. جهت‌گیری ساخت قطعه در فرآیندهای نمونهسازی سریع بر روی خواص قطعه از جمله استحکام، زمان ساخت، صافی سطح، مقدار مواد تکیه‌گاهی مورد استفاده و قیمت ساخت تاثیرگذار است. در این بین زمان ساخت قطعه و زبری سطح از مهمترین مشخصه‌هایی هستند که به طور مستقیم تحت تاثیر جهت‌گیری قطعات قرار دارند. در این مقاله، دو الگوریتم بر اساس روش‌های بهینه‌سازی تحلیلی و تجربی برای تعیین جهت‌گیری بهینه ساخت به منظور کمینه کردن زمان ساخت و زبری سطح ارائه شده‌ است. برای پیاده‌سازی این روش، قطعه مورد نظر کاربر در فرمت زبان استاندارد مثلثی (stl) دریافت می‌شود سپس با استفاده از مشخصات هندسی و نوع جهت‌گیری قطعه زمان تخمینی ساخت و مقدار میانگین زبری سطح قطعه محاسبه می‌شود. به منظور تعیین جهت‌گیری بهینه از دو روش بهینه‌سازی تحلیلی (روش nsgaii) و تجربی (روش جدید و توسعه یافته تاگوچی) استفاده شده‌است. پس از معرفی مراحل هر یک از این دو روش به منظور تعیین جهت‌گیری بهینه ساخت قطعه، مراحل این دو الگوریتم پیشنهادی بر روی قطعه‌ای به عنوان مطالعه موردی پیاده‌سازی می شود و نتایج حاصل مورد مقایسه و بحث قرار می گیرد.

Comparison of analytical and experimental design -based optimization methods to determine the optimum part build orientation in rapid prototyping processes

Rapid prototyping (Additive manufacturing or 3D printing) is defined as the process that can build 3D physical part from the designed model in CAD software by joining materials directly. In the RP process, the orientation pattern of the part is one of the most important factors that significantly affect the product properties such as the build time, the surface roughness, the mechanical strength, and the amount of support material. The build time and the surface roughness are the more imperative criteria than others that can be considered to find the optimum orientation of parts. In this paper, two algorithms based on analytical and empirical optimization methods are presented to determine optimum part build orientation in order to minimize build time and surface roughness. To implement this method, the userchr('39')s part is received in standard triangle language (STL) format. Then, using the geometric characteristics and type of part orientation, the build time and the average of surface roughness is calculated. In order to determine the optimum part build orientation, two analytical (NSGAII method) and experimental (new and developed Taguchi method) optimization methods have been used. After introducing the steps of these two methods, in order to determine optimum part build orientation, the steps of these two proposed algorithms are implemented on a part as a case study and obtained results are compared and discussed.