Evaluation of performance efficiency of packing a group of products in the workplace of additive machine using a genetic algorithm

Abstract

Research results of possibilities of packing a group of 3D-models of products in a layered build space using a genetic algorithm are presented. It is proposed to determine the efficiency of the optimization problem of rational arrangement of 3D-models group in the workspace of additive machines depending on the number of loaded products. Condition for efficient use of the layered build workspace is the minimum number of layers per product and the largest relative filling. Such criteria are important, for example, for SLS/SLM technologies. Examples of evaluation based on the analysis of derived voxel 3D model of the workspace with located products are considered. Industrial products with different geometrical complexity were selected as test 3D models. This approach allowed to perform a comparative analysis of the results depending on the design features of products. The practical realization was performed in the subsystem of packing 3D-models in a workspace, which is part of the technological preparation system for the manufacture of complex products by additive methods. This system was developed at the Department of "Integrated Technologies of Mechanical Engineering" named after M. Semko of NTU "KhPI".

Представлено результати дослідження можливостей розміщення (упаковки) групи 3D-моделей виробів у робочому просторі пошарової побудови з використанням генетичного алгоритму. Запропоновано визначати ефективність оптимізаційної задачі раціонального розташування групи 3D-моделей у робочому просторі адитивних установок у залежності від кількості завантажених виробів. Умовою ефективного використання робочого простору пошарової побудови є мінімальна кількість шарів на виріб та найбільше відносне заповнення. Такі критерії є важливими для таких технологій як SLS/SLM. Розглянуто приклади оцінки ефективності розробленого алгоритму на основі аналізу похідної воксельної 3D-моделі робочого простору з розташованими виробами. В якості тестових 3D-моделей обрано промислові вироби з різною геометричною складністю поверхонь. Такий підхід дозволив виконати порівняльний аналіз результатів в залежності від конструктивних особливостей виробів. Апробація алгоритму з прикладу розміщення невеликої групи 3D-моделей складних виробів у робочий простір адитивної машини продемонструвала достатньо суттєве поліпшення досліджуваних ознак, що впливають на продуктивність процесів та собівартість виготовлення. Практична реалізація виконувалась у підсистемі раціонального розташування 3D-моделей у робочому просторі, що входить до системи технологічної підготовки виготовлення складних виробів адитивними методами. Систему розроблено на кафедрі «Інтегровані технології машинобудування» ім. М.Ф. Семка НТУ «ХПІ». Дана система дозволяє виконувати оцінку технологічності конструкції та ефективності вирішення оптимізаційних задач технологічної підготовки адитивного виробництва на основі статистичного та візуального аналізу досліджуваних (геометричних та технологічних) ознак первісної полігональної, похідної воксельної та кінцевої пошарової 3D-моделей виробів.