The design process of a part aimed to carry a specific load often includes minimizing the weight while limiting the maximum allowed stress. By considering manufacturing conditions and stress constraints, a common method of investigation during the design process is to perform topology optimization. This often results in more complex and organically shaped structures that can typically be produced by Additive Manufacturing. However, certain aspects such as distortion during the build process and residual stresses developed due to the steep temperature gradients need to be considered. In this work, the influence of the build direction and overhang angle in the topology optimization phase is studied on a hangerbracket to investigate the effect on the resulting design as well as the residual stress distribution and distortion from selective laser melting. The results show that except from affecting the build time the build direction needs to be chosen carefully to keep the residual stress to a reasonable level to prevent failure during the build process as well as to keep the distortion reasonable. The ANSYS software comes with several capabilities for further AM process simulation, such as simulating heat treatment in different steps of the process to reduce the residual stresses and adapting machine settings to different kinds of powder bed fusion methods. However, a substantial limitation is that process simulations with the residual stress state cannot at present be integrated in the topology optimization stage.

Ett typiskt förlopp för att utforma en struktur avsedd att bära en specifik last innebär att minimera vikten medan man begränsar den maximalt tillåtna spänningen. Genom att ta hänsyn till tillverkningsvillkor och spänningsbegränsningar är en vanlig undersökningsmetod att använda sig av topologioptimering. Detta resulterar dock ofta i mer komplexa strukturer som ofta lämpar sig att tillverka med en additiv tillverkningsteknik. Emellertid måste man ta hänsyn till faktorer som distorsion och de höga restspänningar som uppstår på grund av de stora temperaturskillnaderna som uppstår vid additiv tillverkning med metall. I detta arbete undersöks hur byggriktningen och överhängsvinkel påverkar utformningen om dessa används som villkor redan i optimeringsfasen. Vidare undersöks effekten på restspänningar och deformationen på grund av tillverkning med selective laser melting (SLM) hos topologioptimerade strukturer, för olika byggriktningar. Resultaten visar att förutom att byggriktningen påverkar byggtiden, så bör den väljas varsamt för att kunna hålla restspänningarna nere. Det görs för att undvika brott under tillverkningen och för att förhindra distorsion (förvridningar) av strukturen. Det finns många möjligheter för simulering av additiv tillverkningsprocess i ANSYS programvara, såsom möjligheten till värmebehandling för att reducera restspänningar som byggts upp under byggprocessen och anpassning av maskinparametrar för att simulera olika typer av metoder med powder bed fusion (PBF). Dock kan för närvarande inte processimuleringar med restspänningstillstånd tas med direkt i topologioptimeringen, vilket är en begränsning.