3D打印技術(shù)的一大特點(diǎn)對(duì)復(fù)雜細(xì)節(jié)的制造能力,晶格結(jié)構(gòu)就是最典型一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。不僅僅起到輕量化的作用,還可以使結(jié)構(gòu)獲得材料最低填充量的同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)剛性的需求,并且還可以吸收沖擊能量以減緩振動(dòng)或者達(dá)到噪聲絕緣的目的。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的超輕型特點(diǎn)適合用在抗沖擊/爆炸系統(tǒng)、或者充當(dāng)散熱介質(zhì)、聲振、微波吸收結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),所以說點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以是非常有用的。不過包括晶格和蜂窩結(jié)構(gòu),在傳統(tǒng)的CAD軟件中通過手工來(lái)創(chuàng)造卻是非常耗時(shí)的。這就誕生了“更智能的CAD系統(tǒng)”:通過電腦的算法來(lái)完成復(fù)雜產(chǎn)品的建模過程。下面,讓我們共同來(lái)領(lǐng)略又一家針對(duì)創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的軟件產(chǎn)品:nTopology。
nTopology是一家創(chuàng)業(yè)型公司,是由15名工程師和軟件開發(fā)人員組成的團(tuán)隊(duì),經(jīng)過幾年的努力,nTopology發(fā)布了Element軟件。設(shè)計(jì)師可以通過流行的CAD建模工具創(chuàng)建初始對(duì)象,然后,將設(shè)計(jì)導(dǎo)入到Element中,在這里通過創(chuàng)成式算法來(lái)完成更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。
Element的功能建模涉及到通過設(shè)計(jì)算法和設(shè)置參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的矢量模型,參數(shù)可由用戶設(shè)置。例如,可以通過沿著網(wǎng)格表面來(lái)設(shè)置特定函數(shù)來(lái)創(chuàng)建晶格、肋或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
這個(gè)過程調(diào)用了一種網(wǎng)格的“圖形”,通過通過對(duì)網(wǎng)格應(yīng)用網(wǎng)格函數(shù),在網(wǎng)格上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處生成正方形,就會(huì)創(chuàng)建格子網(wǎng)格。
當(dāng)然這些網(wǎng)格可以具有一定的厚度,通過函數(shù)將給定的向量應(yīng)用于沿圖形的每個(gè)節(jié)點(diǎn),從而產(chǎn)生具立體感的網(wǎng)格設(shè)計(jì)。當(dāng)可變厚度應(yīng)用于局部的網(wǎng)格的時(shí)候,這些網(wǎng)格區(qū)域看起來(lái)比其他區(qū)域更多地像被擠出來(lái)一樣。
設(shè)計(jì)工程師除了Element軟件中自帶的調(diào)用元素,也可以通過規(guī)則生成器工具創(chuàng)建自己的矢量單元和定義功能。通過規(guī)則生成器工具可以繪制橫梁和面以創(chuàng)建屬于自己的胞元結(jié)構(gòu)。
通過圖形工具可以繪制束元素、面或殼,以創(chuàng)建可以沿著圖形生成的矢量場(chǎng),并用于創(chuàng)建獨(dú)特的拓?fù)湓?。有了這些基本的元素,在將這些創(chuàng)建好的橫梁和面應(yīng)用到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候,在整個(gè)圖形中就產(chǎn)生了螺旋的效果。通過翻轉(zhuǎn)墻壁,就可以扭轉(zhuǎn)螺旋線的方向。
當(dāng)然,僅僅做出來(lái)一些炫酷的三維模型是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,你還需要確認(rèn)這些模型的力學(xué)性能和其他性能是否滿足需要。這部分工作是通過一些有限元分析(FEA)軟件來(lái)完成的,例如SIMSOLID或Abaqus FEA,不過設(shè)計(jì)師可以將FEA數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到Element軟件中。
例如通過SIMSOLID發(fā)現(xiàn)一種專用排氣管Inconel 718材料的壓力容器中具有過高的壓力,這是由內(nèi)部空氣引起的。通過將FEA數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Element軟件中,從而調(diào)整管道中對(duì)內(nèi)部壓力產(chǎn)生變化的厚度,以補(bǔ)償部件在現(xiàn)實(shí)世界中經(jīng)受的壓力。通過在壓力值較高的地方將零件變厚,在壓力較低的部位變薄來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化,并加強(qiáng)零件的力學(xué)性能。
為了進(jìn)一步降低零件的重量,可以應(yīng)用獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),例如網(wǎng)狀或蜂窩結(jié)構(gòu)。當(dāng)將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)應(yīng)用到壓力容器的設(shè)計(jì)后,可以將重量減輕50%。這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并不是均勻分布到壓力容器上的,而是根據(jù)壓力的情況,在壓力高的部位分配密集的網(wǎng)格,在壓力低的部位分配稀疏的網(wǎng)格。
此外,還可以以多種方式進(jìn)行優(yōu)化,包括將網(wǎng)格的形狀改為六邊形,而不是正方形。此外,這些結(jié)構(gòu)還可以增加散熱或具有有高的表面積,以增加降噪的能力。
當(dāng)然,對(duì)于許多可能要在Element中創(chuàng)建的形狀,3D打印可能是將設(shè)計(jì)帶入到物理世界的最佳實(shí)現(xiàn)形式。不過,Element軟件不限于3D打印的建模需要。
為了配合CNC銑削的加工要求,Element將會(huì)添置一定的約束包括可以確保肋具有一定的拔模角度用于CNC加工,這需要設(shè)計(jì)軟件的人員對(duì)加工制造進(jìn)行深入的理解和研究。此外,nTopology正在開發(fā)基于仿真數(shù)據(jù)自動(dòng)確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)的算法。
目前,Element Pro專業(yè)版每人每年價(jià)格為$ 10,000。 Element Free免費(fèi)版允許用戶生成一些預(yù)定的模式并定義這些模式的參數(shù),但是Element Pro添加了許多專業(yè)級(jí)功能,如規(guī)則生成器,隨機(jī)結(jié)構(gòu)和偏移增厚等。
1784 0
登陸后參與評(píng)論
2024-09-30 14:02:02
2024-09-30 13:55:36
2024-09-23 13:01:49
2024-09-23 12:46:35
2024-09-09 11:14:31
2024-09-03 15:03:59
2024-09-03 14:58:48
2024-08-26 10:28:31
2024-08-12 10:39:48
2024-08-12 10:35:25
2024-08-08 12:08:05
2024-08-08 12:05:00