增材設(shè)計(jì)
關(guān)注創(chuàng)建者：虞倫 創(chuàng)建時(shí)間：2018-05-03
增材設(shè)計(jì)的視頻教程
航空航天行業(yè)增材制造的設(shè)計(jì)自由化、輕量化和供應(yīng)鏈革命-西門子端到端增材制造
航空航天行業(yè)增材制造的設(shè)計(jì)自由化、輕量化和供應(yīng)鏈革命-西門子端到端增材制造 適用人群：航空航天增材部門負(fù)責(zé)人、增材數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工程師、機(jī)械設(shè)計(jì)/仿真工程師、研發(fā)/科研人員等 航空航天行業(yè)增材制造的設(shè)計(jì)自由化、輕量化和供應(yīng)鏈革命【已結(jié)束】 直播時(shí)間：2020-05-26 20:00 增材在很多專家眼里有潛力成為下一個(gè)工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)，改變?nèi)蚬I(yè)制造的版圖。
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基于Altair Inspire?的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與增材制造一體化研究
本案例主要通過結(jié)合增材制造技術(shù)和拓?fù)鋬?yōu)化方法，利用Altair Inspire?軟件，針對(duì)兩個(gè)具體研究對(duì)象，制定了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和增材制造的設(shè)計(jì)制造流程，并用熔融沉積設(shè)備加以制造，研究結(jié)果說明通過將拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)和增材制造技術(shù)結(jié)合，借助于先進(jìn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件（如Altair Inspire），對(duì)于結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和制造具有一定的指導(dǎo)意義 講師團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)案例點(diǎn)擊觀看：https://www.yqgqt.org.cn
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如何運(yùn)用增材(3D打印)思維優(yōu)化設(shè)計(jì)
如何運(yùn)用增材(3D打印)思維優(yōu)化設(shè)計(jì) 適用人群：①希望對(duì)增材制造應(yīng)用有了解的用戶②希望了解如何在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中應(yīng)用增材制造優(yōu)勢(shì)加快產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度和提升產(chǎn)品性能的專業(yè)用戶（工程師，設(shè)計(jì)師，操作員，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和管理者等） 如何運(yùn)用增材思維優(yōu)化設(shè)計(jì)【已結(jié)束】 直播時(shí)間：2019-12-17
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增材設(shè)計(jì)的實(shí)例教程
通過有效的增材制造技術(shù)可以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和3D打印制造流程，節(jié)省時(shí)間和成本，提高生產(chǎn)效率
。
通過實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們將DfAM增材設(shè)計(jì)制造過程劃分為
啟動(dòng)、設(shè)計(jì)、仿真、制造、質(zhì)檢
幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。鑒于DfAM增材設(shè)計(jì)制造的本質(zhì)就在于回歸設(shè)計(jì)的本源，面向功能，回歸產(chǎn)品的構(gòu)想。因此要實(shí)現(xiàn)全鏈條的控制和設(shè)計(jì)，我們的設(shè)計(jì)不單單局限在設(shè)計(jì)維度，還要把仿真、制造、甚至質(zhì)檢等流程，融合到我們的設(shè)計(jì)流程中，把觀念提取出來，統(tǒng)稱設(shè)計(jì)流程，或設(shè)計(jì)范式，真正為產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)服務(wù)。
增材設(shè)計(jì)制造真正改變的是什么，最重要的部分是
增材思維的設(shè)計(jì)
。第一，增材思維現(xiàn)在整體上是一種
選擇
，一種材料、一種工藝，這種材料和工藝決定了工業(yè)品的基本屬性。比如說從成本上來講，設(shè)備的控件時(shí)間是一個(gè)核心的要素，時(shí)間和成本是直接相關(guān)聯(lián)的。第二，
創(chuàng)新
。增材真正增加附加值的部分就是我們所說的增材思維底層技術(shù)庫(kù)，這個(gè)是我們核心的增材思維設(shè)計(jì)點(diǎn)，因?yàn)?em>增材的出現(xiàn)，我們才能有出現(xiàn)梯度混合材料、微通道的設(shè)計(jì)、晶格庫(kù)的可能性，因?yàn)槲覀冇姓w的設(shè)計(jì)思路，才能做到真正的突破及顛覆性的創(chuàng)新。
展開 圖2 面向增材制造的設(shè)計(jì)方法的總流程
基于VDI 2221的增材制造設(shè)計(jì)流程見下圖3：
圖3 基于VDI 2221的增材制造設(shè)計(jì)流程
正向設(shè)計(jì)和增材制造結(jié)合的解決方案，應(yīng)用于工程海量數(shù)據(jù)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等不同種類的數(shù)據(jù)整合、分析、挖掘、展示場(chǎng)景，應(yīng)用于產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的管理、融合和協(xié)同，應(yīng)用于知識(shí)管理、知識(shí)工程、各種專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)/知識(shí)庫(kù)建設(shè)，乃至應(yīng)用于集團(tuán)企業(yè)的商業(yè)智能和戰(zhàn)略決策等。
圖4 面向增材制造的云設(shè)計(jì)制造模式下的數(shù)據(jù)層服務(wù)示例
3、成功案例
1、機(jī)器人手臂增材正向設(shè)計(jì)案例
圖5是機(jī)器人手臂拓?fù)鋬?yōu)化---流程與演進(jìn)：
圖5 機(jī)器人手臂增材正向設(shè)計(jì)---流程與演進(jìn)
增材設(shè)計(jì)效果以及通過實(shí)際增材打印進(jìn)行試驗(yàn)的情況見圖6：
圖6 機(jī)器人手臂增材設(shè)計(jì)效果及實(shí)際試驗(yàn)情況
2、分流器封蓋增材正向設(shè)計(jì)案例
分流器封蓋有相應(yīng)的設(shè)計(jì)輸入和要求：
載荷：1.5 g加速度，極限載荷1kg
目標(biāo)：精密高剛度放置，降低質(zhì)量
目的：優(yōu)化剛度
圖7 分流器封蓋增材正向設(shè)計(jì)---流程與演進(jìn)
增材設(shè)計(jì)效果以及通過實(shí)際增材打印進(jìn)行試驗(yàn)的情況見圖8：
圖8 分流器封蓋設(shè)計(jì)效果及實(shí)際試驗(yàn)情況
4、結(jié)論
增材制造與傳統(tǒng)制造的關(guān)系，可以類比為經(jīng)典物理和原子物理的關(guān)系，增材制造未來的發(fā)展也必定像原子物理、量子物理一樣有著廣闊而深遠(yuǎn)的前景。基于增材思維的先進(jìn)制造技術(shù)體系正是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的“第二種機(jī)會(huì)窗口”，使得我們有可能換道超車。
展開 nTopology是一款面向增材制造的高效設(shè)計(jì)平臺(tái)，平臺(tái)預(yù)置了大量增材制造常用的設(shè)計(jì)工具包，工程師通過調(diào)用若干個(gè)預(yù)置工具包、或自主開發(fā)定制的工具包，建立一個(gè)工作流，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。nTopology集合了的強(qiáng)大幾何建模和仿真分析功能，并充分考慮增材制造的工藝特點(diǎn)，能夠幫助工程師快速掌握面向增材制造的設(shè)計(jì)方法，充分發(fā)揮增材制造帶來的廣闊自由度，同時(shí)可重復(fù)使用的工作流使得設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化，大大提高設(shè)計(jì)效率。
展開 增材制造作為一種新興的制造技術(shù)，一經(jīng)出現(xiàn)就在制造業(yè)引起了廣泛的關(guān)注，盡管它目前還存在著不盡如人意的地方，但是人們普遍認(rèn)為這是一種具有巨大發(fā)展?jié)摿拖胂罅Φ募夹g(shù)，代表著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要發(fā)展方向之一。安世亞太公司深耕增材制造產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用多年，深刻認(rèn)同增材制造在未來數(shù)字化制造變革中的核心地位，我們基于多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和思考沉淀，推出了“增材思維 數(shù)智未來”系列文章。
本文是該系列文章的第四篇內(nèi)容，闡述DfAM設(shè)計(jì)思維解決增材制造降本增效問題，更多精彩內(nèi)容敬請(qǐng)期待。
成本——增材制造大規(guī)模應(yīng)用的軟肋
增材制造技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除切削加工技術(shù)，是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與先進(jìn)材料技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)的密切結(jié)合。增材制造技術(shù)的出現(xiàn)，因其具有能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的無模具、快速、全致密近凈成形等優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、快速設(shè)計(jì)驗(yàn)證、小批量零部件快速制造、快速客戶響應(yīng)等關(guān)鍵問題帶來了一種全新的解決思路。
在增材制造技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，成本成為制約該技術(shù)大規(guī)模推廣的關(guān)鍵因素。38%的從業(yè)者認(rèn)為，增材制造技術(shù)雖然具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是成本過高，是增材制造的最大軟肋。通常情況下，增材制造只適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)件小批量試制。
制約3D打印的因素
每批次3D打印零件數(shù)量
任何新技術(shù)要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，必須對(duì)該技術(shù)的成本構(gòu)成做出清晰明確的分析，增材制造也概莫能外。對(duì)于增材制造產(chǎn)品而言，計(jì)算成本要考慮以下7個(gè)方面：
• 設(shè)計(jì)開發(fā)成本：產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能仿真、工藝驗(yàn)證費(fèi)用。
展開 增材制造/3D打印是一種不同于以往的材料加工工藝，通過零件的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及增材制造工藝，能夠創(chuàng)造出全新的結(jié)構(gòu)，甚至是實(shí)現(xiàn)以前不可能實(shí)現(xiàn)的功能。正是基于對(duì)增材制造這些優(yōu)勢(shì)的重視，西門子在柏林開設(shè)了增材制造設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室。
西門子認(rèn)為要充分利用增材制造技術(shù)，重塑設(shè)計(jì)思維是必不可少的前提，工程師們需要突破傳統(tǒng)工藝下所形成的思維，采用全新的認(rèn)知方法進(jìn)行3D打印零部件的設(shè)計(jì)。培養(yǎng)增材制造思維能力，推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新，是西門子設(shè)立增材制造設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室背后的含義。
1 協(xié)作開發(fā)創(chuàng)新零件和增材制造軟件
在西門子柏林增材制造設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中，有一個(gè)由30人組成的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，包括計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)專家、模擬專家和制造工藝流程專家，該團(tuán)隊(duì)利用他們的專業(yè)知識(shí)，和西門子各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域共同研發(fā)具體項(xiàng)目。如有必要，他們可以在現(xiàn)場(chǎng)就給出建議，例如當(dāng)業(yè)務(wù)部門與客戶探討是否有增材制造方面的合作可能性時(shí)，專家團(tuán)隊(duì)可以在討論結(jié)束時(shí)就將零件是否適合進(jìn)行增材制造等建議反饋給客戶。
2 虛擬空間中的協(xié)同工作
在實(shí)驗(yàn)室中，有兩個(gè)工作站可供工程師設(shè)計(jì)新零件，工作站包括西門子NX設(shè)計(jì)軟件和拓?fù)鋬?yōu)化軟件在內(nèi)的全套數(shù)字化設(shè)計(jì)解決方案。
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增材設(shè)計(jì)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
增材設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容
同時(shí)描述兩種行為
本構(gòu)關(guān)系
廣義應(yīng)力-應(yīng)變梯度
能量密度直接定義
邊界條件
高階項(xiàng)復(fù)雜難處理
通過ALM自然處理
工程應(yīng)用前景
MEMS器件設(shè)計(jì)：準(zhǔn)確預(yù)測(cè)微結(jié)構(gòu)的剛度，避免過度保守設(shè)計(jì)增材制造
由于現(xiàn)有的零件設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效，高質(zhì)量的增材制造，Krause DiMaTec決定使用MSC Apex Generative Design軟件進(jìn)行零件幾何形狀的優(yōu)化，以開發(fā)適合增材工藝的設(shè)計(jì)。這種創(chuàng)新的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的仿生結(jié)構(gòu)在滿足零件性能需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)輕量化。通過對(duì)零件進(jìn)行徹底重新設(shè)計(jì)，最終在工程要求與良好工藝性之間取得了理想平衡。
引言
隨著增材制造技術(shù)的不斷成熟，增材制造工藝在電子行業(yè)的滲透率不斷增加，其在電子行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在消費(fèi)電子、柔性電子、先進(jìn)封裝等領(lǐng)域，通過高精度增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件的快速制造。
電子產(chǎn)品中的金屬結(jié)構(gòu)件在3D打印過程中會(huì)遇到打印變形超差、開裂等問題，尤其在首次打印結(jié)構(gòu)件時(shí)，沒有過往經(jīng)驗(yàn)可借鑒，只能通過不斷試錯(cuò)來尋找解決方案。
對(duì)于前期工藝開發(fā)，借助增材仿真專業(yè)軟件
比如某增材制造與優(yōu)化設(shè)計(jì)比賽中，設(shè)計(jì)尺寸限制、加載方式問題等描述不明確，甚至到?jīng)Q賽模型提交前一天比賽群里還在討論題目自身的問題。某AI+比賽，題目給定的材料參數(shù)不帶量綱，模型中材料參數(shù)和加載時(shí)間反常規(guī)，當(dāng)問及相關(guān)問題時(shí)，答復(fù)竟然是出題人故意給的假材料參數(shù)。明明是稍加修改就可以避免誤解和分歧的小事情，卻不當(dāng)回事，甚至怕丟了面子而強(qiáng)詞奪理、強(qiáng)行狡辯。
隨著產(chǎn)業(yè)對(duì)"設(shè)計(jì)-仿真-制造"一體化人才的需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，高校教育面臨三大升級(jí)挑戰(zhàn)：
從幾何建模到性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)：學(xué)生需掌握基于物理場(chǎng)性能的結(jié)構(gòu)重構(gòu)方法；
從單純工藝到全流程協(xié)同：需貫通拓?fù)鋬?yōu)化→工藝仿真→后處理驗(yàn)證鏈路；
從單點(diǎn)技術(shù)到系統(tǒng)思維：理解增材設(shè)計(jì)如何重構(gòu)供應(yīng)鏈成本模型。
，開展了一項(xiàng)突破性研究項(xiàng)目——通過金屬加工與金屬增材制造技術(shù)，設(shè)計(jì)更輕量化、動(dòng)態(tài)性能更優(yōu)、效率更高的銑削頭。
“
通過拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)銑削頭輕量化，顯著提升了其動(dòng)態(tài)性能，既加快了銑削速度，又降低了能耗。
—— Miroslav Zetek
西波西米亞大學(xué)區(qū)域技術(shù)研究院加工技術(shù)系主任
”
面臨的挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)銑削頭因需滿足嚴(yán)格的性能與強(qiáng)度要求，通常采用實(shí)心材料制造。
，開展了一項(xiàng)突破性研究項(xiàng)目——通過金屬加工與金屬增材制造技術(shù)，設(shè)計(jì)更輕量化、動(dòng)態(tài)性能更優(yōu)、效率更高的銑削頭。</p><p>“——</p><p>通過拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)銑削頭輕量化，顯著提升了其動(dòng)態(tài)性能，既加快了銑削速度，又降低了能耗。
然而，現(xiàn)有零件設(shè)計(jì)往往不適配增材制造，可能因需熔化大量材料而增加生產(chǎn)時(shí)間和成本（主要受材料與設(shè)備運(yùn)行時(shí)間驅(qū)動(dòng)）。因此，制造商亟需一種能夠快速生成定制化零件設(shè)計(jì)且節(jié)省人力的方案。
集成式輕量化設(shè)計(jì)方案
本項(xiàng)目需要優(yōu)化的部件是用于礦石運(yùn)輸?shù)拈_放式轉(zhuǎn)向架散裝貨車的自動(dòng)耦合器切換軸。
通過增材設(shè)計(jì)思維在金屬邊框設(shè)計(jì)晶格結(jié)構(gòu)，既能減輕重量，同時(shí)也有助于散熱，針對(duì)不同位置設(shè)計(jì)不同類型的晶格結(jié)構(gòu)還能起到緩沖效果，提高手機(jī)抗沖擊能力。
1.高效熱傳導(dǎo)路徑：精心設(shè)計(jì)的晶格結(jié)構(gòu)（尤其是金屬晶格，如銅、鋁）能提供連續(xù)、高效的熱傳導(dǎo)路徑。熱量可以沿著晶格的骨架結(jié)構(gòu)快速?gòu)暮诵臒釁^(qū)傳導(dǎo)至設(shè)備外殼或?qū)ｉT的散熱區(qū)域。
變形超差是金屬粉床熔融工藝中的主要挑戰(zhàn)。相較于傳統(tǒng)的手動(dòng)補(bǔ)償、設(shè)計(jì)加工余量或多次物理試錯(cuò)等方法，越來越多的制造業(yè)從業(yè)者們認(rèn)識(shí)到Simufact Additive增材制造仿真軟件的優(yōu)勢(shì)：通過仿真模擬減少物理試錯(cuò)，有效降低打印成本。
事實(shí)上，自Simufact Additive軟件首個(gè)版本發(fā)布起，就已包含手動(dòng)反變形功能。隨著對(duì)工藝?yán)斫獾纳钊牒凸δ艿某掷m(xù)開發(fā)，自動(dòng)迭代補(bǔ)償功能因其高效性和易用性，受到越來越多用戶的青睞
