创想智造3D打印手板模型加工

标题: 仿真与优化技术激发3D打印潜力 [打印本页]

作者: 3D新闻 时间: 2016-12-8 05:19
标题: 仿真与优化技术激发3D打印潜力
在很多制造企业或一线设计公司，工程师进行设计时经常会遇到一些问题，针对遇到的问题我进行了简单归纳：
第一，设计是怎么来的？是不是最优的设计结果？是不是凭经验来的？如何获得最优的结果？
第二，如何绘制CAD的模型？
第三，获得最优结构之后，如何获得更优设计?

设计师如何获得最优的设计形状？

有经验的设计师在设计产品形状时，会参考其他设计师设计的图形，但有些设计师会凭借自己的工程经验设计，然后再进行仿真验证，这样会浪费很多时间。鉴于此Altair推出了第一个解决方案——仿生设计，使工程师获得前段基础，其实在很多设计中工程师都运用了仿生设计，比如一棵大树可以支撑强壮的树干，于是建筑设计中很多结构就是非常粗壮的柱结构，同时有很多支架架构，能够支撑上面的顶层。其实这种自然设计的背后所应用的技术是拓扑技术，这种技术可以导入到模型，利用一些仿真的技术在传递路径上获得最优结构，最终得到一个精妙结构，称之为‘拓扑优化技术’。

在过去二十多年中，Altair的拓扑优化技术应用到很多领域，如汽车、飞机制造、通用机械等行业。拓扑优化技术可以帮助企业实现仿真、优化减重以及轻量化。

Altair有句口号：‘让每一位工程师都能使用拓扑优化技术’。即产品设计可以直接导入到Inspire中，用最初的模型在Inspire中进行仿真和加入载荷。比如汽车踏板上支撑了多少力，有多少是固定的，把这些工况直观展现在模型上，然后渗透材料；根据一些制造的约束，脱模、对称等进行优化，可以直接看到拓扑优化结构。这个结构到底是不是符合力学需求，可以在Inspire中进行验证、仿真，看是否符合设计的标准。整个操作界面非常简单，即使没有任何力学基础，都可通过此技术获得最优结果。所以这种设计可以快速帮助客户进行设计，真正缩短设计周期。

比如瑞典的SCANIA公司，在产品的研发过程中有一些新的零部件设计就采用了拓扑优化方法，Inspire让设计工程师通过仿真驱动设计，帮助客户加速研发流程，使得设计流程快速往前递进。比如国内一家做泵头设计的企业，下面这款泵头的设计是根据设计师经验设计的，设计师认为这样设计是比较合理的，但运用Inspire优化之后加入载荷，发现四面加支柱的设计更加合理，同时也可以帮助减重。两个设计结果进行对比后，发现减重一半，产品的生命周期可加快。

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CDL泵头设计

Inspire的优势在于：第一，更加易学易用；第二，能够在几分钟内生成设计概念；第三，有效解决设计问题；第四，可以对接现行的所有CAD软件，比如CATIA等。拓扑优化可以帮助流程快速递进，同时帮助产品减重，拓扑优化在给定载荷与工况后，提供最高效能的结构。但在传统制造方法中，工程师通常需平衡可制造性及产品性能二者的关系。

现在非常流行、非常火爆的话题是增材制造技术，也就是3D打印。实际上增材制造需要考虑传统设计没有考虑的问题，比如不同材质。如果把增材制造技术用在传统的精加工、零件设计，是没有任何意义，而且会增加成本。如果把拓扑优化和增材制造技术结合，就可以发挥两者的最大优势。Altair和Hyperworks对接，用3D打印的方式就可以非常直接的做出形状，而且相对原始的设计，制造质量成本是原来的三分之一。所以如果把拓扑优化和3D打印结合运用，那么就可以发挥各自的最大优势。

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拓扑优化和增材制造技术结合使用

Arup是著名的建筑公司，有很多著名的设计，比如参与了鸟巢、水立方的建设等。在其中一个建筑零部件的设计中，由于建筑零部件在建筑内部看不到，形状设计怪异也没有关系，重要的是可以承受非常强的外力和复杂的工况。通过一次又一次的迭代，采用拓扑优化的Inspire的方式，最终使得零部件质量降低了75%。虽然形状很怪异，但三个零部件可以满足同样的外力承载，实现的功能是一致的，节省了很多材料，同时成本也降低了很多。

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Arup建筑部件设计

其实，Altair不仅有拓扑优化技术，还有多学科优化技术。仿真技术和优化技术是核心，可以与3D打印进行对接，可以在试制过程和研发过程中缩短研发周期，优化产品。来源：e-works

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