3D硬件開發的案例
導圖 | 硬件開發流程全景圖
來源：硬件十萬個為什么
研討會回放 | 加快自動駕駛車輛的核心功能硬件和軟件開發
簡化感知-思考-行動范式硬件和軟件開發
毫無疑問，安全性是讓公眾接受自動駕駛車輛、因而助推其發展的關鍵要素。這些車輛內在的復雜性來源于需要分析的大量數據以及高級控制和算法的設計。因此，管理傳感器信息的集成并立即提供適當的解決辦法，就顯得至關重要。需要執行的驗證和確認任務數量龐大，這就迫切需要實施綜合仿真和測試框架，從而使得 142 公里的試驗成為可能。
在本場網絡研討會中，我們將介紹部署簡化感知-思考-行動范式硬件和軟件開發所需的工具和方法，以及：
如何設計、驗證和集成商業可行自動駕駛車輛的關鍵功能硬件和軟件，從而加快其上市速度；
如何為組件設計和系統集成和驗證部署實時“數字化雙胞胎”框架，作為虛擬和物理世界之間的橋梁；
如何在產品開發早期利用跨領域系統工程和仿真，避免在晚期階段產生成本高昂的變更。
主講人簡介：普內特·辛哈 (Puneet Sinha)
普內特·辛哈是 Siemens PLM Software 公司機械分析部門的汽車業務經理。在加入西門子公司之前，他就職于通用汽車公司，擔任全球研發團隊主管，解決了燃料電池和電動電池車輛方面的眾多問題；在此之前，他還在鋰電池制造商帥福得公司工作過。普內特擁有賓夕法尼亞州立大學機械工程專業的博士學位，發表過 20 多篇期刊論文，榮獲了燃料電池和電池組系統設計和工作策略方面的 7 項專利。
展開 最新最快3D電磁仿真精準硬件配置2021v4
，通過對3D電磁仿真計算特點，和大量測試，配備最新intel計算技術，給出最新最快電磁仿真工作站硬件配置方案，每臺仿真計算工作站或仿真計算集群都經過系統優化，還有在線技術支持，保證機器三年內，機器處于最快、最可靠運行狀態。
研究人員開發出使用3D打印紋理溯源3D打印機的方法
3D打印槍支模型的廣泛發布已成為政策制定者的一個問題。用戶可以在線下載槍支3D模型，并使用3D打印機制作槍支，但是由于沒有用于追蹤3D打印槍支的序列號，這為潛在的犯罪分子提供了極好的便利性。
技術說明圖（來源：布法羅大學徐文耀）
但是，據3D虎了解，來自布法羅大學的研究人員找到了一種準確的方法來幫助執法機構和情報機構跟蹤3D打印槍支和假冒產品的來源。這項名為“ PrinTracker ”的技術可以根據指紋精確地將物理對象跟蹤到其源3D打印機。
從犯罪現場獲得的潛在無法追蹤的3D打印物品
UB工程與應用科學學院計算機科學與工程副教授Wenyao Xu博士解釋了該方法的一部分：
3D打印對象的每一層都包含微小的紋理，通常以亞毫米為單位測量，被稱為填充圖案。這些模式應該是統一的。但是，由于3D打印機的型號、所用材料、噴嘴尺寸和其他因素都會導致圖案出現輕微缺陷。
例如，利用3D打印機創建具有半毫米填充圖案的對象時，實際打印對象與設計計劃會相差5％到10％。就像人的指紋一樣，這些模式是獨特且可重復的。因此，可以利用這一方式追溯到源3D打印機。
“3D打印機的構建方式是一樣的。但是，他們在制造過程中使用的硬件略有不同，導致打印的每個對象都是獨特的、不可避免的和不可改變的模式。“Xu說。
為了測試PrinTracker技術，研究團隊從14種不同的商用3D打印機（10種FDM 3D打印機和4種SLA 3D打印機）中分別打印了五個門鑰匙。團隊使用噴墨3D掃描儀創建每個鑰匙的數字圖像。然后，他們開發了一種算法來計算每個鑰匙的變化，直至毫米，以驗證紋理的真實性。
展開 
金屬3D打印的最佳實踐(一)：NASA新材料3D打印工藝開發備忘錄
本期，3D打印技術參考帶來NASA對一種火箭推進部件用新合金的工藝開發備忘錄。
項目背景
2014-2017年，來自馬歇爾航天飛行中心（MSFC）、美國宇航局格倫研究中心（GRC）和蘭利研究中心的團隊完成了GRCOP-84（Cu-8%Cr-4 %Nb）銅合金SLM工藝開發，并利用其進行了液氧甲烷發動機燃燒室的低成本制造。2016-2017年，MSFC進行了幾次成功的高溫試驗。該項目的另一個里程碑是發布了GRCOP-84的成分數據，其目的是可以獲得更多的粉末供應商以及3D打印服務商。下一步的開發工作自然指向了GRCOP-42（Cu-4 % Cr-2% Nb）銅合金，這是一種相比前者具有相似強度但可以提供更高熱導率的新材料，這使得發動機的性能可以進一步得到提高。
2015年，NASA 3D打印首個全尺寸GRCOP-84銅合金燃燒室
GRCOP-42粉末此前難以生產，但參與GRCOP-84制造的粉末供應商現在已經準備好進入這種類似合金的生產開發。
展開 Moldex3D模流分析之利用模流分析減少3D打印的開發過程
使用軟模具生產一定數量零件的挑戰在于，單單對于基本材料的模具制程開發就可能需要進行10-20次試射。這引出一個問題：如何最大化從單一模具生產的功能零件數量呢？Fortify提供了一個射出次數計算器，以幫助客戶確定其模具的預期壽命，然而這僅考慮了射出次數，而非零件數量。當估計模具壽命為50次射出，但制程開發需要20次試射才能獲得無缺陷的零件時，你在獲得具有代表性的零件之前已經使用了模具近50%的壽命。這不僅影響了可成型的零件數量，還占用了制程工程師寶貴的時間來開發制程。
圖1 使用Moldex3D觀察零件壁厚分布
通過利用數字模具（Digital Tooling ,DT）和樹脂的特性，Moldex3D可以針對尼龍66模擬出無缺陷的制程。這使得制程開發時間從10-20次試射縮短到1次試射，這意味著可在3D打印模具有限的生命周期，獲得更多的產品。
圖2 比較不同條件下膜腔內的應力
Moldex3D是一個高質量的模流軟件，它可以準確地仿真零件的射出過程并提供使用者成型條件、澆口位置、模具材料…等相關數據。
雖然模流軟件很常用于確定模具設計、潛在缺陷、出氣孔、澆口位置和成型條件，但它在原型制作的初期階段不常被使用。因此，Fortify決定利用模流軟件最大化軟模的生命周期。
Moldex3D能夠輸入成型材料、模具材料、射出機數據和能產生完整零件的成型條件。藉由使用Moldex3D，Fortify的模具團隊能夠直接提供操作員制程表，并能在第一次射出即產生無缺陷的零件。
結果
Fortify成型團隊利用Moldex3D模擬結果，提供詳細的成型條件，包含射出壓力、冷卻時間、充填時間、保壓壓力及保壓時間。
展開 貼一個關于Ls-Dyna碰撞，umat開發及dyna3d源程序開發的博客
這個博客是關于如何使用D版的dyna971 最新的版本以及提供dyna971最新安裝程序以及基于各種平臺umat用戶二次開發子程序的linkable library的資源的博客，有一些價值，不過是收費的。
http://jobinen.blogspot.com/
Moldex3D模流分析之Moldex3D協助YUDO完成熱澆道設計驗證和開發
熱澆道模具成型時不會產生澆道廢料，具備節能省料和縮短開發時間優點。熱澆道可以取代傳統冷澆道并克服產品的缺陷，例如：消弭結合線、提升產品質量、降低射壓/ 鎖模力以及縮短成型周期。更重要的是，熱澆道可以節省廢料產生，達到節能減排，徹底推行”綠色模具”。
但也因為熱澆道系統相對復雜，時常遭遇流動不平衡、流動死角和受熱不均勻等問題。更嚴重的問題像是因過熱產生塑料熱裂解，嚴重影響產品質量。如何能維持熔膠溫度均勻性是一大關鍵，這和模型幾何設計以及整個熱澆道系統和溫控方法有非常緊密的關系。
經過不斷改善設計工藝，Moldex3D有效協助YUDO縮短設計周期，降低成本并鞏固全球競爭力。
“YUDO對模流分析并不陌生，面對市場和客戶的挑戰，我們一直都希望能擁有可以提升質量又能降低成本和縮短上市周期的技術。Moldex3D在熱澆道模具驗證和開發上，能提供進階且精準的分析，尤其具備真實三維分析和高效能計算云端，是我們選擇Moldex3D的理由。”YUDO 總裁 Francis Yu 說道。
Moldex3D 支持建立完整熱澆道系統仿真分析
展開 Moldex3D模流分析之宗瑋工業使用Moldex3D模具開發至交貨周期有效縮短20%
挑戰
隨著產品生命周期日趨縮短，在產品開發時間分秒必爭的限制下，業者必須兼顧成本但不能與質量妥協。
解決方案
透過冷卻分析驗證冷卻水路設計是否能有效解決模具積熱問題Moldex3D 充填分析可驗證多組流道設計，正確獲得流動平衡的最佳設計，降低修模次數。
效益
Moldex3D 軟件的優點是可立即反映問題且立即解決，降低開發模具風險；完整的分析報告讓業者和客戶間更容易達成共識。
Moldex3D 的技術支持完整，模擬分析結果準確率高達 98%；而且 Moldex3D 易學易用，非 CAD 相關背景的工程師也能操作嫻熟
隨著產品生命周期縮短的影響，相對的產品制造的時間也就愈來愈短，因此產品開發的時間也就分秒必爭。此外，各制造商如何在眾多的競爭者中如何脫穎而出，取得客戶的訂單，則是各憑本事。而以往制造商常常以降低產品單價的方式來提升自己的競爭力，但也因此造成質量不良的后遺癥，因此除了降低產品的成本以外，如今產品的質量與穩定性也受到重視。在過去，塑料注射件的產品以使用功能為導向，因此在厚度設計與變化較為單純，在成型上借著師傳多年的經驗都可以順利決解大部份的問題，但畢竟仍必須等模具制作完成，到達試模階段才能發現問題。
以塑料注射和模具開發及產品設計為核心業務的宗瑋工業，產品營銷歐美大廠已久，客戶遍及海內外。為了提高公司競爭力，宗瑋工業總經理林建祥先生與科盛科技合作，引入 Moldex3D 專業 CAE 模流分析軟件和技術，用以提升成型技術質量與效率，并大幅縮短產品開發時間。林總經理提到 Moldex3D 模流分析軟件時，贊許表示：「Moldex3D 的技術支持完整，模擬分析結果準確率高達 98%；而且 Moldex3D 易學易用，非 CAD 相關背景的工程師也能操作嫻熟。」
展開 Raise3D讓山地車零部件開發省時省力
SPANK INDUSTRIES（以下簡稱“SPANK”）是世界上同規模企業中為數不多的擁有內部完整產業鏈的公司，能夠自主設計、開發和制造別具一格的山地車零部件。自2002年開始，它一直致力于生產精密加工的重力山地車部件，堅持自設工廠，獨立生產產品。
雖然SPANK如今能自主地在工廠中完成設計、開發和制造一整套流程，但在早期時候，他們的產品開發也面臨很多挑戰。
在引進3D打印技術前，SPANK的原型制作采用的是傳統加工器械，包括日本的5軸CNC機床、由德國頂級的汽車供應商提供的PCD刀具，還有由瑞士制造的夾具。雖然用的生產工具都很先進，但生產過程中仍然存在一些問題：加工前的編程過程復雜且耗時長，機械制圖中的每條輪廓、每個角、每條線都需要編程，除此之外，切割金屬材料的難度很大，對技術要求很高。因此，整個工藝工程費時費力，且容易產生浪費。
除此之外，由于內部設計需要保密，SPANK也不能將原型制作外包給第三方，只能自主用傳統工藝進行生產。
展開 以色列開發3D打印藥物技術
據新華社消息外媒稱，位于耶路撒冷的希伯來大學的研究人員日前公布了其3D打印藥物膠囊新技術，使常規制造技術無法實現的藥物定制化和個性化有了可能。
據以色列《耶路撒冷郵報》網站報道，在耶路撒冷舉行的第二屆3D打印與技術前瞻會議上，該大學3D功能打印中心負責人什洛莫·馬格達西教授和該大學藥物研究所研究員奧夫拉·本尼博士介紹了他們的尖端技術。此次會議吸引了全球各行業的3D打印專家。
報道稱，這項新技術能夠利用水凝膠物體打印個性化藥物，制造出能夠膨脹、變形以及延遲激活的復雜結構。通過開具個性化藥物處方，醫生將能夠根據不同患者的需要準確地定制藥物暴露量及其劑量。
“我們現在具備了取代標準或傳統制劑的技術。人口在老齡化，因此我們需要考慮解決辦法，”本尼說，“我們現在能夠考慮將多種藥物合并成一種藥物，以調整藥物動力，并在藥物管理中提高患者依從性。”
報道稱，通過對3D打印藥片的形狀、表面積和膨脹指數進行微調，該團隊的概念驗證樣品能夠提高藥物在消化道中釋放位置的精確性，并加強對藥物釋放時間和持續時間的控制。
本尼還說：“這項技術一直在進步，在不遠的將來實現批量生產并非遙不可及的夢想。”
該大學的技術轉讓公司伊蘇姆公司的首席執行官兼總裁亞龍·丹尼利博士說：“這項研究是源自希伯來大學的跨學科變革性發明的絕佳例子。”
丹尼利說：“這項技術使我們更加接近以患者為中心提供個性化治療的未來醫療業。”
展開 
NASA資助大直徑3D打印軟磁材料開發
△NASA噴氣推進實驗室運行的6kW霍爾推進器
南極熊獲悉，Elementum 3D于2021年6月17日宣布獲得NASA SBIR第一階段資金，開發用于大直徑增材制造軟磁材料。第一階段工作的主要目標是研究、開發和展示適用于生產大直徑霍爾效應推進器的軟磁原料材料和增材生產工藝，滿足磁性和機械性能目標。
△VAC用軟磁材料制成的沖壓（非3D打印）部件。雖然Co-Fe軟磁產品可以很容易地制成片材，但大坯料生產會導致材料脆弱、易碎和不均勻。
鈷鐵軟鐵磁合金具有無與倫比的磁飽和、高導磁率、高居里溫度和極高的強度，非常適用于軟磁應用，包括霍爾效應推進器（HET）。然而，這些合金由于低延展性和無法生產大尺寸形狀面臨制造性問題。雖然Co-Fe軟磁產品可以很容易地制成片材，但大坯料的生產會導致材料脆弱、易碎和不均勻。
△直接金屬激光燒結(DMLS)
Elementum 3D與Altius Space Machines合作，提議開發一種增材制造 (AM) 工藝和材料原料，利用鈷鐵軟磁材料制造大直徑HET。3D打印技術能夠直接從粉末原料生產大型結構，這將克服鐵鈷坯料制造尺寸的問題。其他優勢還包括有利的BTF比（Buy-to-Fly ratio）、設計自由度和推重比（Thrust-to-weightratio）的增加。
△DMLS是將激光發射到粉末金屬床中，并自動對準3D空間中的點，然后將材料熔化/焊接在一起形成固體結構的過程。
參考閱讀：
1. Materials and Process for Additive Manufacturing of LargeDiameter Hall-Effect Thrusters.
2.
展開 TELEMAC-3D 和 TOMAWAC 三維耦合系統的開發研究
Open TELEMAC-MASCARET是由法國電力自主開發的一款開源計算流體力學軟件，主要用于研究二維或三維水力學模型與課題。
作為一款開源軟件，TELEMAC-MASCARET擁有成熟的并行計算模式以及強大的用戶自定義開發系統，使其能夠滿足不同尺度和方式的研究。另外其包含的包括水力學模塊TELEMAC系列、泥沙遷移模塊SISYPHE以及波浪模塊TOMAWAC等在內的多個求解模塊能夠進行靈活的內部耦合，使其更適用于進行復雜的相關大型工程計算。
TELEMAC-3D 和 TOMAWAC 三維耦合系統的開發研究
摘要
為了得到波與流場相互作用的三維描述，我們建立了水動力模型TOMAWAC與TELEMAC-3D譜波模型之間的雙向耦合系統。該數學框架是基于最近研究推導的glm2z-RANS方程。在本次研究中，我們首先以一個學術測試算例對耦合系統進行了測試。然后利用平面海灘和條形海灘兩組實驗測量數據分析和驗證了近岸環流的數值結果。
背景介紹
在沿海水域內，有許多具有不同時間和空間尺度的過程。它們的相互作用使得對近岸水動力的描述相當復雜。波浪和水流的組合環境提供了這些相互作用的一個例子。在近岸地區，波浪的破碎和誘導產生的海流，如近岸海流和離岸海流，會給人類造成危險的環境，對形態動力學有很大的影響。
多年來，輻射應力概念主要用于二維分析上述組合流動。然而，在過去的十年中，已經證明了波和流場相互作用的三維效應對于正確描述這些現象是必不可少的。許多作者提出了解決這個問題的不同方法。理論框架主要分為兩大類：輻射應力概念和渦力方法。
展開 鋁合金電動馬達殼體的開發 | Nemak應用FLOW-3D
可借助流體動力學（CFD）計算，研究最佳方案，CFD模擬具有縮短開發時間的優點。圖3為采用AVL List GmbH工具對電動馬達外殼進行CFD計算的結果。圖3中a為冷卻通道初始的彎曲設計， b為具有較低的流動阻力，通過插入支撐肋條以增加砂芯的強度。且流量計算后，冷卻通道的效率不受設計的影響。c為螺旋形冷卻通道的結果，其具有更大的冷卻表面，且冷卻介質的湍流增加，改善了熱傳遞。但其缺點是電動馬達的縱軸上的溫度梯度超過30K。
圖3：水套砂芯設計比較：（a）初始設計的彎曲冷卻信道、（b）按照功能和生產優化的冷卻通道設計，（c）螺旋形設計冷卻通道
三、新的冷卻通道設計用于壓鑄應用
螺旋形冷卻通道是目前電動機殼體冷卻設計最常用使用的解決方案之一。上述縱軸上的溫度梯度的缺點是在保持壓鑄的可制造性的同時優化冷卻通道幾何形狀的情況下造成的原因。受電子或家用供暖系統熱交換器設計的啟發，開發了銷釘水套設計方案（pin water jacket）。圖4示出了帶有銷釘水套的電動機內殼橫截面。銷釘水套和螺旋式水路的冷卻表面幾乎相同，主要區別在于冷卻液的體積。銷釘水套僅需要螺旋水路體積的四分之一，即表面與體積之比明顯更好。
圖4：帶有銷釘水套的內殼體截面
為了量化銷釘水套冷卻效率，使用FLOW-3D CAST軟件通過CFD仿真了冷卻介質的流動和熱交換，內殼的溫度分布計算結果如圖5所示。結果顯示，通過仿真預測的壓力損失與實際測得的壓力損失具有很好的相關性。應該強調的是，即使在7 kW的功率下，銷釘水套設計的電動馬達殼的外部溫度仍保持在90℃以下。
展開 C3D8單元幾何非線性算法研究及UEL開發 ￥99
因科研需要，一直在研究一些單元算法，看著網上相關資料很多，但是和商軟對標的非線性單元技術相對較少。非線性這方面ABAQUS比較受人認可，所以打算用空余時間研究一下ABAQUS的單元技術，推導編寫一下相關程序供大家討論。本人水平十分有限，主要是學習ABAQUS的文檔，力學理論和代碼方面的問題請大家不吝賜教。
本文主要推導ABAQUS在幾何非線性（大變形）有限元分析中，用于計算單元切線剛度矩陣的算法。幾何非線性意味著需要考慮變形梯度、應力的客觀性以及應變與位移關系的高階項。總切線剛度矩陣通常由材料剛度矩陣和幾何剛度矩陣構成。附件是算法的研究報告及子程序測試情況。
ABAQUS三維實體單元幾何非線性算法研究.pdf
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