設計和制造一體化，自動化的承諾始于創成式設計

魔猴君  行業資訊   2019天前

創成式設計（Generative Design）是根據一些起始參數通過迭代并調整來找到一個（優化）模型。拓撲優化（Topology Optimization）是對給定的模型進行分析，常見的是根據邊界條件進行有限元分析，然后對模型變形或刪減來進行優化。

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很多人以為創成式設計是拓撲優化或程序建模的一個分支。但實際上，創成式設計是是一個人工智能驅動的流程，利用云來通過探索成千上萬的建模可能性來推動創新設計，而不是簡單地從原來的設計方案中探索如何減少材料。

不過之前的創成式設計通常并不考慮加工的限制，雖然3D打印在制造復雜的設計方面有著先天的優勢，但是很多設計結果還需要CNC數控加工來實現更高的精度與表面質量，這使得設計與可制造性之間仍然缺乏一定程度的銜接，而Fusion 360 創成式設計2.5軸版本，從設計端銜接3D打印與機加工正在打通設計與制造銜接的最后一公里：3D打印技術與傳統制造技術的設計折衷。

為3D打印技術特點而重新設計

通過Autodesk Fusion 360提供的創成式設計功能，設計和可制造性都是內置的。增材制造和3軸以及5軸銑削加工之間具有各自的特點，這些特點使得這兩者之間似乎隔了難以逾越的“鴻溝”，而歐特克關于創成式設計的2.5軸版本使得任何擁有數控銑床的人都可以隨意使用這種“折衷”的設計來進行加工。

軟件公司Autodesk-歐特克和美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室的工程師們設計的星際著陸器，重量大大小于美國宇航局送往其它行星和衛星的大多數著陸器。是通過金屬3D打印，鑄造和銑削相結合制造的一個很酷的創成式設計項目的一個例子。

創成式設計-著陸器。來源：歐特克

 通過歐特克的創成式設計軟件，這個設計方法運用的是大自然的進化結果的防生學計算公式。設計師和工程師們只需要將設計目標、材料、制造材料和成本限制等數據輸入到設計軟件中，設計軟件就能夠快速生成多種設計結果作為選項。

的確，迄今為止許多創成式設計的實例看起來都是錯綜復雜的，這種復雜往往讓制造商望而生畏，認為是看似無法實現的設計。但好消息是，創成式設計的適用范圍正在擴大，包括支持傳統制造工藝。

例如輪椅的金屬支撐零部件，源自相同的創成式設計輸出。每個零部件具有相同的功能和性能要求，相同的材料，相同的粗糙形式，唯一的區別是制造過程不同。

人工設計與創成式設計。來源：歐特克

圖片顯示了人工設計的零件以及在2.5軸和3軸CNC機床上銑削的兩種創成式設計。

創成式設計不僅在釋放3D打印的潛力，也在提升數控機床的自動化效率。自動化是體現在方方面面的，不僅僅是建模過程的自動化，包括加工過程的自動優化，閉環反饋，都使得從3D打印到數控加工，更具備數字化特征。

數控機床通常使用G代碼來描述機床的加工信息，如 走刀軌跡、坐標的選擇、冷卻液的開啟等。在這方面，歐特克的Autodesk PowerMill Additive將CAM編程自動化。

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當CNC機床切削金屬時，控制器“知道”主軸上的壓力及其最大加工效率。如果操作過程中主軸處于其最大負載條件的50％以下 – 這意味著它具有50％的潛能沒有被充分利用。

通過與機器控制器的網絡連接，可以“監聽”控制器，并實時更新在設計軟件中自動生成的加工策略。例如，當意識到主軸負載能力為50％，則可以提高進給速率，使刀具更快地切割材料或加大進給使得切割更深，以去除更多材料，從而獲得更高的運營效率。

設計和制造的融合是產品制造的必然！創成式設計，自動編程和閉環反饋，使得數控機床加工具備了更明顯的自動化特征。而在魔猴網看來，對于制造商而言，最好的還未到來。很快，產品設計師，機械工程師和制造工程師之間的孤島將被打破，而增材與減材將被進一步融合。

來源：3D科學谷