Additively manufactured conformal cooling channels through topology optimization
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Cooling channels play a critical role in various casting and molding processes, impacting both the cycle time and quality of the product. As additive manufacturing technologies become increasingly prevalent, conventional straight-drilled channels are being progressively substituted by intricate cooling lines that conform to the contours of the fabricated part. This transition can lead to a significant reduction of the solidification time and temperature gradients, consequently lowering the occurrence of part defects. However, designing such channels becomes challenging as geometric complexity and manufacturing constraints increase. In this work, we present a density-based topology optimization approach to generate conformal cooling channels in molds and dies inserts. To mitigate temperature variations, the objective function is penalized using the temperature standard deviation of the insert cavity surface. A density-gradient-based constraint is further utilized to reduce the generation of overhanging structures and promote manufacturability. In particular, the use of this constraint leads to the generation of channels characterized by a teardrop-shaped cross section. The cooling efficiency of a selected optimized design is confirmed through computations using a body-fitted solver. The geometry is subsequently manufactured by Laser Powder Bed Fusion (LPBF) and experiments are conducted to compare its performance in comparison to a design featuring straight-drilled channels. The results demonstrate that the optimized geometry significantly enhances the heat extraction rate and further leads to a 43% reduction of the cavity temperature standard deviation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».