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基于Altair solidThinking软件的3D打印奖杯设计

2019/12/9    来源:Altair论文集    作者:马立敏      
关键字:3D打印  即时渲染  奖杯设计  
用solidThinkng仿真驱动的设计工具进行3D打印奖杯的创意设计,灵活的设计工具能够快速方便地进行造型的推敲和设计的调整。

1 项目背景

    本奖杯用于颁发给“中国商飞3D打印结构优化设计大赛”获奖选手,奖杯本身也采用3D打印工艺制造。设计方案要求突出3D打印的工艺优势,如轻量化、整体化、个性化、结构复杂等特点,同时具有大飞机、比赛名称等设计元素。

    “中国商飞3D打印结构优化设计大赛”是由中国商用飞机有限公司发起,联合行业科研机构、高校、知名企业共同举办的。大赛以促进3D打印技术在民用飞机中的应用为目标,探索3D打印优化设计方法,推动3D打印技术的进步。大赛针对民用飞机的典型部件进行基于3D打印工艺的结构优化,实现零部件的轻量化、整体化设计。

2 solidThinking产品概述

    solidThinking一直致力于探索世界领先的设计理念和创新技术。近年来产品发展迅速,两款软件Inspire及Evolve在产品优化及设计方面,为客户提供极具建设性意义的解决方案,帮助用户设计性能更优、质量更轻、成本更省、造型更美观的产品,在多个领域获得了用户的广泛肯定。

    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,根据给定的设计空间、材料属性以及受力需求生成理想的形状。设计人员可根据优化结果进行再设计。随后还能对优化结果或重构几何进行分析验证。最新的Inspire软件还带有点阵设计功能,为实现3D打印结构轻量化设计带来了十分方便的解决方案。

    Evolve为设计人员提供完整的三维建模及渲染环境。在同一建模环境中,融合了NURBS建模、多边形建模及实体建模,并且三种建模方式全部基于Parasolid实体核心。设计人员可以构建任意复杂几何形状,并稳定对接后续流程。同时,设计人员还可以利用Evolve先进的历史结构进程功能,不断推敲模型,最终进行产品表现及模型输出。

3 3D打印技术概述

    3D打印技术是近几年来国内外最为火爆的话题之一,从消费产品到艺术品,从汽车制造到航空航天等各领域都可以看到该技术的广泛应用。3D打印全称为“增材制造技术(Additive Manufacturing)”,采用材料逐层累积的方法制造实体。相对于传统制造方法中的材料去除技术,它是一种“自下而上”的制造方法。它的优势在于可以使用“恰好需要”的材料进行制造,节省了材料成本,同时能够实现任意复杂的实体形态,而不用太多考虑制造工艺的约束。在小批量定制、复杂产品实现、样机实验等方面具有非常明显的优势。

    事实上并非所有产品都适合3D打印,这种技术的使用有诸多限制。例如悬垂角不得大于45°,壁厚不得小于0.5mm,最小细节尺寸大于0.2mm等等。因此在设计产品时,如何才能实现3D打印制造,如何能够最大化发挥3D打印效能,是必须要思考清楚的问题。

4 设计过程详解

    4.1 设计灵感

    本奖杯设计灵感来自作者希望国产大飞机早日翱翔蓝天的梦想。奖杯主体为中国传统祥云造型,用祥云托起中国商飞的logo,象征着国产大飞机在云中穿梭翱翔。

中国传统祥云造型

图1 中国传统祥云造型

    4.2 主体造型设计

    先在Evolve中设计出主体造型。通过旋转、扫略、切割、倒角等工具,制作出奖杯的主体结构。

奖杯主体结构

图2 奖杯主体结构

    然后,在Evolve中,主体结构切割出祥云云朵的造型,并在云朵之间填充点阵结构,使云朵更具有立体感,同时也体现了3D打印结构轻量化、复杂化的特点。点阵结构通过Inspire软件制作。

带有点阵结构的奖杯造型

图3 带有点阵结构的奖杯造型

    4.3 细节设计

    在Evolve中,奖杯的顶部添加比赛主办单位中国商飞公司的logo。中国商飞公司logo为一架飞机直上云霄的形象,寓意在祥云上展翅翱翔的国产大飞机。

奖杯顶部的商飞logo

图4 奖杯顶部的商飞logo

    在Evolve中,奖杯的底座添加比赛名称、获奖名次和获奖人员名字,均为3D打印一体制造,体现了3D打印个性化定制的特点。

奖杯底座细节设计

图5 奖杯底座细节设计

5 3D打印设计方案

    本奖杯设计方案采用尼龙SLS工艺3D打印,外表面用油漆喷涂成金色,视觉效果与普通金属奖杯无异,艺术特色与工艺特色相辅相成。

3D打印奖杯实物

图6 3D打印奖杯实物

6 总结

    solidThinking是一款三维概念设计软件,利用其强大的NURBS建模工具、先进的结构历史进程、针对3D打印工艺的点阵结构设计功能,设计师可以在概念设计阶段充分发挥自己的创造力,自由推敲数字模型,不再受传统CAD软件的限制。同时,3D打印技术的飞速发展,释放了工艺制造约束对设计师的束缚,大大降低了复杂结构的加工难度。在奖杯这种具有高度个性化、艺术性、定制化的产品上,3D打印体现了其特有的技术价值,具有广阔的应用前景。

责任编辑:程玥
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