Αποτελεσματικός σχεδιασμός και βελτιστοποίηση κατασκευών με μεταβαλλόμενης πυκνότητας πλεγματικές δομές προσθετικώς κατασκευασμένες: Μια πιλοτική μελέτη Αποτελεσματικός σχεδιασμός και βελτιστοποίηση κατασκευών με μεταβαλλόμενης πυκνότητας πλεγματικές δομές προσθετικώς κατασκευασμένες: Μια πιλοτική μελέτη Efficient design and optimization of structures with variable density lattices additively manufactured: A pilot study Διπλωματική Εργασία Diploma Work 2025-10-022025elΗ προσθετική κατασκευή, σε συνδυασμό με την ανάπτυξη νέων υλικών, επιτρέπει την παραγωγή δομών με πολύπλοκη γεωμετρία και τοπολογία, οι οποίες είναι πρακτικά αδύνατο να κατασκευαστούν με συμβατικές τεχνολογίες παραγωγής. Μεταξύ αυτών είναι και οι πλεγματικές δομές, μια κατηγορία κυτταρικών δομών, με μεγάλο εύρος εφαρμογών που εκτείνεται και αξιοποιείται σε διάφορους κλάδους και βιομηχανίες. Οι δομές αυτές προσφέρουν ένα πρόσθετο εργαλείο στη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού προϊόντων, επιδιώκοντας τη μείωση του βάρους και της χρήσης υλικών διατηρώντας παράλληλα τις μηχανικές ιδιότητες μιας κατασκευής, όπως είναι η υψηλή αντοχή. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται μια διαδικασία βελτιστοποίησης της δομής μιας κατασκευής με την εισαγωγή πλεγματικών δομών σε συνδυασμό με την τοπολογικά βελτιστοποιημένη λύση. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί την τεχνική τοπολογικής βελτιστοποίησης SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) για τον προσδιορισμό της βέλτιστης κατανομής του υλικού στον χώρο σχεδιασμού και τη σχεδίαση ενός πλέγματος μεταβαλλόμενης πυκνότητας στην υπό μελέτη γεωμετρία της κατασκευής, εκμεταλλευόμενη πλήρως τις ενδιάμεσες πυκνότητες που προκύπτουν από την τοπολογική βελτιστοποίηση. Με αυτόν τον τρόπο το αποτέλεσμα της τοπικής πυκνότητας του υλικού μετατρέπεται σε τοπικό πάχος των δομικών στοιχείων για την επιλεγμένη από τον χρήστη πλεγματική δομή. Η υλοποίηση και αξιολόγηση της μεθοδολογίας αυτής επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ένα γαλλικό κλειδί και το εξειδικευμένο λογισμικό nTop. Η μελέτη περιλαμβάνει τη στατική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων, την τοπολογική βελτιστοποίηση με και χωρίς κατασκευαστικούς περιορισμούς προεξοχών, τη σύγκριση της απόδοσης των βελτιστοποιημένων σχεδιασμών με τη συμβατική συμπαγή δομή και την προετοιμασία τους για προσθετική κατασκευή. Ο προκύπτων βελτιστοποιημένος σχεδιασμός μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για τριδιάστατη εκτύπωση και πειραματικές δοκιμές.Additive manufacturing, combined with advances in material science, enables the production of structures with complex geometry and topology, which are practically impossible to produce with conventional manufacturing technologies. Among these are lattice structures, a class of cellular structures with a broad spectrum of applications that span and are exploited across various sectors and industries. These structures provide an additional tool in product design optimization, seeking to reduce weight and material usage while maintaining the desirable mechanical properties of a structure, such as high strength. In this work, a structural optimization process that integrates lattice structures with a topologically optimized base design was presented. This method uses the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) topology optimization technique to determine the optimal material distribution in the design space and design a variable density lattice within the target geometry of the structure, fully leveraging the intermediate densities obtained from the topology optimization. In this way, the local density result is translated into corresponding local thickness of the structural elements, based on the user-selected lattice type. The implementation and evaluation of this methodology are carried out using an adjustable wrench and nTop design and analysis software. This study comprises static finite element analysis, topology optimization with and without overhang manufacturing constraints, a performance comparison between the optimized designs and the initial solid structure, and preparation for additive manufacturing. The resulting optimized design is then suitable for 3D printing, experimental testing and validation.Διπλωματική εργασία που υποβλήθηκε για τη μερική εκπλήρωση των απαιτήσεων απόκτησης του Διπλώματος Μηχανικού από τη Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και ΔιοίκησηςThesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the Diploma of Engineering degree from the School of Production Engineering and Managementhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και ΔιοίκησηςLiliopoulos_Vasileios_Dip_2025.pdfChania [Greece]Library of TUC2025-10-02application/pdf8.8 MBfree Liliopoulos Vasileios Λιλιοπουλος Βασιλειος Stavroulakis Georgios Σταυρουλακης Γεωργιος Antoniadis Aristomenis Αντωνιαδης Αριστομενης Alevras Panagiotis Αλευρας Παναγιωτης Πολυτεχνείο Κρήτης Technical University of Crete Τοπολογική βελτιστοποίηση Topology optimization Προσθετική κατασκευή Additive manufacturing Πλεγματικές δομές Lattice structures SIMP Method Μέθοδος SIMP Finite Element Analysis Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων Adjustable wrench Γαλλικό κλειδί