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创成式设计与增材制造,颠覆传统设计制造模式

2017/9/21    来源:e-works    作者:e-works郝秋红      
关键字:创成式设计  增材制造  拓扑优化  
创成式设计是一个人机交互、自我创新的过程。增材制造技术可以将复杂的设计变为现实,已成为创成式设计的“好搭档”。创成式设计与增材制造的发展正在改变着设计制造的模式。

    solidThinking:OPT和AM的巧妙结合

    solidThinking的两款软件Inspire和Evolve配合3D打印使用,可以形成一个优质的设计流程,帮助设计人员考虑传统设计方法中很难解决的问题,将产品的轻量化设计发挥到极致,同时还能让产品性能有所提升。目前这种高效的设计方法已在航空航天、汽车、制造等行业广泛应用并获得了赞誉。

    solidThinking Evolve为设计人员提供完整的三维建模及渲染环境。solidThinking Inspire为设计工程人员提供“仿真驱动设计”的创新解决方案,它采用Altair先进的OptiStruct优化求解器。

    OptiStruct是一个基于有限元技术的概念设计、结构分析和设计优化工具。OptiStruct在给定的设计空间中能够自动计算最优的设计方案。凭借其无可比拟的优化技术,OptiStruct在工业界屡获大奖。OptiStruct在设计的早期阶段利用最少的输入预测最优的结构形式,并在随后的详细设计阶段实现进一步的设计改良,使优化设计更加方便、稳健和精确可靠,并为CAE技术找到自主创新的突破口。此外,利用先进的优化算法和精确的内嵌求解器,OptiStruct能在较短时间内解决数百万设计变量的复杂优化问题。以雷尼绍(Renishaw)的开瓶器模型作为对象简单介绍solidThinking产品对接3D打印操作流程。

    (1)在solidThinking Evolve中构建几何模型,在solidThinking Inspire中进行应力分析,发现问题所在。

    (2)在solidThinking Evolve中重构几何。新的形状需与原始模型外轮廓类似,但内部填充为实体。随后将该模型导入Inspire中,新模型将作为下一步优化时的设计空间使用。

    (3)在solidThinking Inspire中进行拓扑优化。在Inspire中施加与之前相同的工况与载荷,选择优化目标为最大刚度,保留优化体积为原始模型的30%。随之进行优化并获得优化结果如下。从图中可以看出,大部分材料都已被去除,只保留了前部受力部分的材料,获得了最精简的结构基础。

图:利用solidThinking Evolve构建新的优化空间(左)    利用solidThinking Inspire进行新结构优化(右)

图:利用solidThinking Evolve构建新的优化空间(左)    利用solidThinking Inspire进行新结构优化(右)

    (4)在solidThinking Evolve中重新设计。从优化结果看出,开瓶器优化后主要保留了前部结构,后面由于受力小或不受力,材料被移除掉了。但是考虑到使用便捷和美观性,在重新进行造型设计时,对材料分布进行了适当调整。

图:利用solidThinking Evolve设计符合优化结果的全新造型

图:利用solidThinking Evolve设计符合优化结果的全新造型

    (5)对新模型进行测试。在solidThinking Inspire中对新模型进行应力仿真分析验证。在Evolve中使用体积计算工具,获得新模型与原始模型的质量对比。

    (6)模型打印。由于该模型造型复杂,无法用传统的开模具、铸造等方式实现,因此只能通过金属3D打印机打印出来。

责任编辑:郝秋红
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