ساخت افزودنی دارای توانمندی‌های فراوانی نسبت به سایر روش‌های تولید است به شرط آن‌که بتوان از ویژگی‌های منحصربفرد این حوزه بهره برد. از جمله مباحث مهم در این موضوع بخش طراحی است. طراحی برای ساخت افزودنی (DfAM) به این معنا است که چگونه یک قطعه (باز) طراحی گردد تا بتوان مزایا و محدودیت‌های روش‌های ساخت افزودنی را در آن اعمال نمود. به دلیل آزادی بیشتری که این روش تولید در طراحی قطعه دارد، عملا امکان ساخت هندسه‌های پیچیده و نا‌منظم فراهم شده است.

بهینه‌سازی توپولوژی یک روش پیشرفته طراحی سازه است که می‌تواند پیکربندی سازه بهینه را از طریق توزیع معقول ماده با شرایط بار و قیدهای مشخص شده به‌دست آورد. بهینه‌سازی توپولوژی به عنوان یک روش طراحی سازه با راندمان بالا به منظور سبک‌سازی وزن و همچنین ایجاد سازه‌های چند منظوره توسعه یافته است و به طور گسترده درصنایعی همچون هوافضا، خودرو، معماری و پزشکی استفاده می‌شود. عموم قطعات به‌دست آمده از این روش دارای پیچیدگی‌های هندسی فراوانی هستند و تنها با روش‌های ساخت افزودنی قابل تولید هستند. در این پایان‌نامه هدف مطالعه، بررسی و مقایسه روش‌های در دسترس و کاراتر بهینه‌سازی توپولوژی برای استفاده در قطعات صنعتی و دریافت محدودیت و مزایای هر روش و مقایسه پارامترهای موثر در یک روش بهینه سازی توپولوژی است. در قدم اول نمونه‌ای بالک تحت فشار توسط چهار رویکرد بهینه سازی توپولوژی به روش جریمه‌سازی ماده همسانگرد جامد (سیمپ)، تکاملی دوسویه (بسو)، تعیین تراز و کنترلی سبک سازی می­گردد. در بخش شبیه‌سازی، پارامترهایی همچون بیشینه تنش و جابه‌جایی، تنش تسلیم، وزن نهایی، نسبت تنش تسلیم به وزن، دقت همگرایی و هزینه زمانی بهینه سازی هر روش ارزیابی می­گردد. سپس از هر روش نمونه‌ای به کمک دستگاه FDM با ماده PLA پرینت می‌شود و تحت آزمون تجربی فشار قرار می‌گیرد و در نهایت نتایج بدست آمده در بخش تجربی با بخش شبیه سازی مقایسه می‌شود. نتایج نشان‌دهنده این موضوع بود که روش بسو بیشینه تنش و جابه‌جایی را تحمل می‌کند و کمترین خطای حجم را با توجه به قید منظور شده دارد. تمامی روش‌ها در نمونه ساخته شده به وزن نهایی حدودی 5/3 تا 4 گرم دست یافتند که حدودا با مقدار پیش‌بینی شده 20 درصد خطا داشت.

در بخش بعد، به سه روش رایج‌تر و کاراتر در بهینه سازی توپولوژی قطعات صنعتی، گیره در دستگاهی صنعتی تا حدود 60 درصد سبک‌سازی و مواردی همچون بیشینه تنش و جابه‌جایی ایجاد شده، وزن کاهش­یافته و هزینه محاسباتی هر روش مطالعه می‌شود. در نهایت ثابت می‌گردد که با توجه به پارامترهای مورد مطالعه، روش بسو برای هندسه‌های ساده و روش تعیین تراز برای هندسه‌های پیچیده‌تر، به مقادیر استحکام به وزن بالاتری دست می‌یابد. برای هندسه پیچیده مربوط به قطعه صنعتی، روش سیمپ به کاهش وزن قابل قبولی در کنار کمترین تمرکز تنش دست یافت. روش‌های کنترلی نیز در صورت نیاز به حل مسائل پیچیده در زمان نسبی کوتاه‌تر، انتخاب هوشمندانه‌ای خواهند بود. در واقعیت به دلیل لایه لایه بودن قطعات ساخته شده به روش‌های ساخت افزودنی، نمونه‌ها دارای مقادیر استحکام کمتری از مقادیر شبیه‌سازی شده می‌باشند. به عبارت دیگر عملیات بهینه سازی با فرض یکنواخت و توپر بودن سازه به سبک‌سازی آن می‌پردازد. در بخش سوم این پژوهش، یک کد بهینه سازی توپولوژی به روش بسو ارائه شده است که مبنای حل آن بهینه سازی بر مبنای استحکام با توجه به قید حجم است. در این کد، استحکام غیریکنواخت به وجود آمده در جهت محور ساخت در بهینه سازی در نظر گرفته می‌شود. به دلیل نوین بودن این روش با فرضیات منظور شده، در ابتدا معادله حساسیت تابع بهینه سازی محاسبه شده و صحت آن با در نظرگیری خواص استحکامی یکسان با مراجع اعتبارسنجی شده است. سپس تیر یک سر گیردار به کمک این روش بهینه سازی گردیده و نتایج آن با روش کمینه سازی تنش فون میزز مقایسه گردیده است.

کلمات کلیدی: ساخت افزودنی، بهینه‌سازی توپولوژی، روش بهینه‌سازی تکاملی دوسویه (بسو)، روش جریمه‌سازی ماده همسانگرد جامد (سیمپ)، روش کنترلی، روش تعیین تراز، طراحی برای ساخت افزودنی (DfAM)