在3D打印產(chǎn)品的設計領(lǐng)域，創(chuàng )(chuàng)成式設計是一個(gè)常被提到的概念。那么，究竟創(chuàng )(chuàng)成式設計與3D打印有著(zhù)怎樣的結合點(diǎn)呢？ 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，創(chuàng )(chuàng)成式設計能夠創(chuàng )(chuàng)造出手動(dòng)建模不易得到的設計方案，它們擁有不同尋常的復雜幾何結構，而3D打印技術(shù)由于可以將復雜的設計轉化為現(xiàn)實(shí)，注定已成為創(chuàng )(chuàng)成式設計的“好伙伴”。

分享軟件公司Autodesk 的幾個(gè)創(chuàng )(chuàng)成式設計應用案例與他們對創(chuàng )(chuàng)成式設計的詮釋，從中我們可以進(jìn)一步了解創(chuàng )(chuàng)成式設計與拓撲優(yōu)(yōu)化的區(qū)別，以及創(chuàng )(chuàng)成式設計和3D打印為產(chǎn)品設計創(chuàng )(chuàng)新帶來(lái)的非凡想象。

實(shí)現(xiàn)設計的自我創(chuàng )(chuàng)新

首先來(lái)看三個(gè)制造業(yè)(yè)企業(yè)(yè)通過(guò)Autodesk 創(chuàng )(chuàng)成式設計所實(shí)現(xiàn)的設計創(chuàng )(chuàng)新案例。

-摩托車(chē)后懸架部件創(chuàng )(chuàng)新

這是一個(gè)通過(guò)創(chuàng )(chuàng)成式設計摩托車(chē)部件的案例。

以下是創(chuàng )(chuàng)成式軟件給出的摩托車(chē)后懸掛架部件的設計方案，以及對部件3D打印和機械加工過(guò)程的仿真模擬。

-在150種有效設計中選擇最優(yōu)(yōu)支架設計

通用汽車(chē)為了給電動(dòng)汽車(chē)減輕重量，采用Autodesk創(chuàng )(chuàng)成式設計軟件重新設計了汽車(chē)座椅安全帶支架。由于這個(gè)支架是不需要顯露在外部的，因此其外觀(guān)并不是優(yōu)(yōu)先考慮的因素。在設計這款支架時(shí)需要優(yōu)(yōu)先考慮的因素是重量，安全性，部件數(shù)量的減少，以及可持續(xù)性和可制造性。

采用創(chuàng )(chuàng)成式設計方式設計支架時(shí)，由工程師定義設計參數(shù)，如材料、尺寸、重量、強度、制造方法和成本約束，然后基于算法輸出符合這些標準的多個(gè)設計選項。在這個(gè)案例中，軟件產(chǎn)生了超過(guò)150種有效的設計選項。設計師和工程師可以檢查每個(gè)選項并選擇最符合其規(guī)定要求的設計。最終，新支架比原來(lái)的部件輕40％，強20％，并將八個(gè)不同的部件整合到一個(gè)3D打印部件中。

-自動(dòng)生成模塊化機艙隔板

空中客車(chē)公司使用創(chuàng )(chuàng)成式設計來(lái)探索飛機艙隔板的創(chuàng )(chuàng)新設計。創(chuàng )(chuàng)成式設計是項目成功的關(guān)鍵，設計師有著(zhù)非常明確的目標和約束，該機艙結構只能通過(guò)四個(gè)點(diǎn)連接到機身上，并且為了滿(mǎn)足應急需要，機艙隔板中的一部分要求能夠方便的進(jìn)行拆除。

機艙隔板采用模塊化設計，模塊能夠像網(wǎng)(wǎng)絡(luò )一樣連接起來(lái)。通過(guò)創(chuàng )(chuàng)成式設計軟件的算法，設計團隊探索了這些模塊化隔板的數(shù)千種變化。最終的機艙隔板設計方案是由122個(gè)3D打印部件組合在一起的。該設計的重量只是之前設計的一半 ，這將為航空公司節(jié)約數(shù)百萬(wàn)美金的燃料成本，同時(shí)能夠滿(mǎn)足安全要求。

在多種設計中擇優(yōu)(yōu)選擇

以上案例采用的不是拓撲優(yōu)(yōu)化設計，而是從問(wèn)題和期望的結果開(kāi)始，將設計留給創(chuàng )(chuàng)成式設計?；蛟S你已經(jīng)(jīng)體會(huì )到，創(chuàng )(chuàng)成式設計是一種能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)設計創(chuàng )(chuàng)新的方式。計算機不會(huì )受到時(shí)間和精力的限制，它可以探索多個(gè)有效選項。得益于3D打印等智能制造技術(shù)，最終優(yōu)(yōu)化的設計選項都可以制造出來(lái)。

在3D打印零部件設計領(lǐng)域，提到最多的可能是拓撲優(yōu)(yōu)化,有時(shí)兩者還會(huì )被混淆。創(chuàng )(chuàng)成式設計和拓撲優(yōu)(yōu)化都是使產(chǎn)品設計更為優(yōu)(yōu)化的設計方式，但兩者之間是存在明顯區(qū)別的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，拓撲優(yōu)(yōu)化是在現(xiàn)有設計基礎上得到更加優(yōu)(yōu)化的設計，而創(chuàng )(chuàng)成式設計則是自我創(chuàng )(chuàng)新的設計。

拓撲優(yōu)(yōu)化是結構優(yōu)(yōu)化的一種，是一種根據(jù)給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區(qū)域內對材料分布進(jìn)行優(yōu)(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。拓撲優(yōu)(yōu)化常見(jiàn)的是根據(jù)邊界條件進(jìn)行有限元分析，然后對模型變形或刪減來(lái)進(jìn)行優(yōu)(yōu)化，最常用于從設計中去除材料，然后進(jìn)行仿真驗證，揭示滿(mǎn)足力學(xué)性能的輕量化設計。出于這個(gè)原因，它是輕量化現(xiàn)有設計的有效方式，是縮短3D打印設計過(guò)程的重要手段。

拓撲優(yōu)(yōu)化設計所優(yōu)(yōu)化的是給定的設計，如果這個(gè)設計是設計師通過(guò)傳統(tǒng)設計方式建造的，那么它本質(zhì)上是設計師對于如何解決問(wèn)題的最好猜測，這種預定幾何體的方法本身就已經(jīng)(jīng)有了限定，同時(shí)也就會(huì )約束在這個(gè)基礎上所得到的優(yōu)(yōu)化設計方案。因為設計師會(huì )在有意無(wú)意的情況下，將制造約束情況考慮在內，此時(shí)的拓撲優(yōu)(yōu)化只能是在這些受到約束的幾何體基礎上提供一個(gè)最優(yōu)(yōu)方案。

然而，依賴(lài)于計算機算法實(shí)現(xiàn)自我創(chuàng )(chuàng)新設計的創(chuàng )(chuàng)成式設計方法則不會(huì )像人類(lèi)大腦一樣受到約束，它可以避免設計師人為的設計習慣和局限。這是由于創(chuàng )(chuàng)成式設計并不是基于設計師預定義的模型，而是輸入設計意圖，同時(shí)設定參數(shù)，并通過(guò)軟件算法來(lái)探索每個(gè)幾何選項，根據(jù)限定參數(shù)提供數(shù)以百計的選項，算法將自動(dòng)進(jìn)行調整判斷，篩選出設計給設計者決策，直到得到最優(yōu)(yōu)化的設計。

通過(guò)自動(dòng)生成許多不同的設計，創(chuàng )(chuàng)成式設計軟件可以使設計人員和工程師免于重復性設計任務(wù)，并使他們專(zhuān)注于更高價(jià)值的決策選擇，包括最大限度地提高部件性能，最終創(chuàng )(chuàng)造出擁有不尋常的復雜幾何結構設計作品。

Reivew

應用創(chuàng )(chuàng)成式設計需要改變思維方式，將計算機作為真正的合作伙伴。在創(chuàng )(chuàng)成式設計的輔助下，產(chǎn)品設計將更加精彩。制造商將以更少的時(shí)間和更高的創(chuàng )(chuàng)新程度提供比以往更多的產(chǎn)品設計。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀(guān)察，創(chuàng )(chuàng)成式設計與人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D打印等新技術(shù)日益融合，將設計過(guò)程變得更加智能，讓設計的門(mén)檻進(jìn)一步降低。

來(lái)源：中國3D打印網(wǎng)(wǎng)