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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。

    一座具有惊人美学的桥梁

    来自荷兰设计和技术研发工作室MX3D,采用3D打印技术打印了一座阿姆斯特丹市中心的一座桥基于Joris Laarman的创新的悬浮式金属3D打印系统,采用了6轴机器人手臂,材料采用了由代尔夫特大学开发的钢复合材料。鉴于材料和自由的机器人手臂,该系统非常适合于大型基础设施的项目。

    该大桥预计将于2017年底完工。完工的桥长24英尺,允许正常的阿姆斯特丹步行交通。和手工制造的大多数桥梁相比,3D打印的桥梁具有美丽、复杂的设计,而且具有更多的细节。和机械制造的桥梁相比,由于3D打印技术允许控制细节的颗粒度,因此,桥梁可以设计得更加华丽,而且几乎定制的外观,这是机械制造的桥梁所无法做到的。

图:阿姆斯特丹市中心的一座桥,荣获“委员会特别奖”

图:阿姆斯特丹市中心的一座桥,荣获“委员会特别奖”

    ROBOT BIKE山地自行车

    ROBOT BIKE COMPANY(RBC)是一家位于英国的新兴公司,由一群航天工程师及山地车爱好者组成。公司创建之初,创始人就认识到碳纤维对接增材制造的巨大潜力,他们要探寻最棒的自行车架。尽管RBC团队在增材制造技术以及航空产品与系统研发方面有着非常丰富的经验,但要实现他们的目标仍然需要与多方团队进行接洽。他们接触的团队包括:HiETA技术,在增材制造方面拥有设计和工程解决方案;Renishaw,全球领先的增材制造生产商;以及Altair产品设计团队,提供拓扑优化技术,保证将增材制造的灵活性优势全面发挥出来。通力协作后,共同推出全新R160山地自行车车架——该款车架运用了创成式设计(拓扑优化技术)和金属增材制造技术,并在英国完成设计加工。

图:ROBOT BIKE山地自行车及车架

图:ROBOT BIKE山地自行车及车架

图:在solidThinking Inspire中定义设计空间获得拓扑优化结果

图:在solidThinking Inspire中定义设计空间获得拓扑优化结果

图:原始部件与新部件设计对比    新部件渲染效果

图:原始部件与新部件设计对比    新部件渲染效果

    一双能力训练鞋

    运动服装制造业—安德玛(Under Armour)与欧特克公司协作衍生地设计和3D打印一种新的能力训练鞋:UA Architech。Autodesk的Within被用于设计鞋底夹层的晶格结构设计,这种衍生设计不仅具有稳定的脚跟支撑结构,而且具有合适的力量训练缓冲。

    创成式设计是未来智造的核心技术,也是一种开拓性技术。它是基于所想要达到的要求,如耐久性,柔韧性和重量,由计算机算法来创建结构。它能够产生复杂的、高性能的结构,而这种结构是无法依靠设计者的想象能够实现。在UA Architech鞋的开发中,也需要用3D打印来制造。

图:新的能力训练鞋

图:新的能力训练鞋

    有史以来最长的航天部件

    RUAG Space是欧洲航空航天行业的领先设备供应商,利用先进的拓扑优化技术设计和优化了有史以来最长的工业级3D打印航天部件之一。借助优化方法,制造商可确定哪些材料在结构中是必不可少的,而哪些材料在移除后不会对性能造成负面影响,并就此来减轻重量。通过优化过程可确定理想的材料布局,而通过增材制造技术则可构造出更接近这一理想设计的形状。

图:天线支架的最终设计    天线支架的设计流程

图:天线支架的最终设计    天线支架的设计流程

    创成式设计和增材制造的巧妙结合使轻量化设计上升到一个全新的高度,这种制造流程能够实现结构高效的部件。最终设计非常接近于优化结果给出的理想设计方案。刚度更高、质量更轻的部件极大程度地帮助减少了发射航天器和卫星的成本。

    总之,随着增材制造技术的日益成熟,个性化、轻量化设计将越来越受到设计师的青睐,创成式设计与增材制造的融合技术正在帮助各行业的设计师实现更多的突破。

责任编辑:郝秋红
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