盤點那些腦洞大開的拓撲優(yōu)化3D打印案例

許多精彩的3D打印產(chǎn)品都與拓撲優(yōu)化技術(shù)密不可分。例如：不久之前由空客推出的世界第一輛3D打印摩托車Light Rider，ROBOT BIKE CO(RBC)公司設(shè)計的定制化3D打印自行車，意大利泰雷茲阿萊尼亞宇航公司（Thales Alenia Space）設(shè)計制造的3D打印衛(wèi)星天線等。而在這些精彩的案例背后，都有一家極具創(chuàng)新精神公司的身影，它就是Altair Engineering. Inc。正是因為該公司拓撲優(yōu)化技術(shù)的力量，產(chǎn)品設(shè)計師們才能夠充分發(fā)掘出3D打印的潛力，從而創(chuàng)造出這些既有“顏值” 又有“實力”優(yōu)秀3D打印作品。下面，南極熊就為您簡單介紹一番：


1、世界首輛3D打印摩托車Light Rider

2016年5月空中客車集團APWorks GmbH 發(fā)布了世界上第一輛3D打印摩托車Light Rider，采用的正是Altair公司的優(yōu)化軟件OptiStruct進行拓撲優(yōu)化，得到最佳的材料分布。6月15日，APWorks與Altair達成全面合作伙伴協(xié)議，進一步將Altair的優(yōu)化技術(shù)與3D打印更緊密地結(jié)合起來，在工業(yè)界實現(xiàn)輕量化的創(chuàng)新設(shè)計。

空中客車集團 APWorks GmbH執(zhí)行總監(jiān) Joachim Zettler先生說:“我們在增材制造方面擁有豐富的專業(yè)知識，而Altair公司在仿真驅(qū)動設(shè)計上的專業(yè)能力非常突出，二者的完美組合能夠幫助客戶真正通過增材制造的優(yōu)勢獲利。在我們的‘Light Rider’項目中，Altair的拓撲優(yōu)化和增材制造的先進技術(shù)讓我們可以把構(gòu)想中的仿生學(xué)摩托車設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實，我們終于在這個項目中實現(xiàn)了革命性輕量化設(shè)計！”


2、定制化山地自行車ROBOT BIKE

ROBOT BIKE COMPANY (RBC) 是一家位于英國的新興公司，由一群航天工程師及山地車愛好者組成。公司創(chuàng)建之初，創(chuàng)始人就認識到碳纖維對接增材制造的巨大潛力，他們要探尋最棒的自行車架。盡管RBC團隊在增材制造技術(shù)以及航空產(chǎn)品與系統(tǒng)研發(fā)方面有著非常豐富的經(jīng)驗，但要實現(xiàn)他們的目標仍然需要與多方團隊進行接洽。他們接觸的團隊包括：HiETA技術(shù)，在增材制造方面擁有設(shè)計和工程解決方案；Renishaw,全球領(lǐng)先的增材制造生產(chǎn)商；以及Altair產(chǎn)品設(shè)計團隊，提供拓撲優(yōu)化技術(shù)，保證將增材制造的靈活性優(yōu)勢全面發(fā)揮出來。為了盡可能在設(shè)計流程早期找到最佳方案，Altair產(chǎn)品設(shè)計團隊使用了solidThinking Inspire。該技術(shù)允許團隊快速將現(xiàn)有設(shè)計導(dǎo)入到虛擬的環(huán)境中，并施加自行車架在使用中需要承受的載荷數(shù)據(jù)。

在solidThinking Inspire中定義設(shè)計空間獲得拓撲優(yōu)化結(jié)果

原始部件與新部件設(shè)計對比 新部件渲染效果

RBC創(chuàng)始人Ed Haythornthwalte 先生說道：“Altair產(chǎn)品設(shè)計團隊使用solidThinking Inspire可以協(xié)助RBC公司進一步降低車架重量，同時確保產(chǎn)品應(yīng)力低于預(yù)設(shè)值。這些能讓我們保證產(chǎn)品壽命，并讓客戶對使用的持久性充滿信心�！�

由Altair產(chǎn)品設(shè)計團隊提供的優(yōu)化技術(shù)，成功地支持了最輕量化的“鈦金屬車架節(jié)點”設(shè)計。由solidThinking Inspire提供新的材料布局方式，由Evolve重構(gòu)造型，這種方案極具創(chuàng)造性且造型有機性，為增材制造提供了最優(yōu)設(shè)計，即在滿足性能的情況下，減少重量、減少零件數(shù)量、減少制造的復(fù)雜性和成本。


3、有史以來最長的工業(yè)級3D打印航天部件

RUAG Space是歐洲航空航天行業(yè)的領(lǐng)先設(shè)備供應(yīng)商，Altair 的產(chǎn)品設(shè)計團隊利用其先進的拓撲優(yōu)化技術(shù)幫助瑞士蘇黎世RUAG Space公司設(shè)計和優(yōu)化了有史以來最長的工業(yè)級3D打印航天部件之一。RUAG選擇了Altair產(chǎn)品開發(fā)部門對其3D打印流程的設(shè)計提供支持，因為Altair在開發(fā)和利用優(yōu)化技術(shù)方面具有豐富的專業(yè)知識。借助優(yōu)化方法，制造商可確定哪些材料在結(jié)構(gòu)中是必不可少的，而哪些材料在移除后不會對性能造成負面影響，并就此來減輕重量。通過優(yōu)化過程可確定理想的材料布局，而通過增材制造技術(shù)則可構(gòu)造出更接近這一理想設(shè)計的形狀。

RUAG Space 首席技術(shù)官Michael Pavloff 先生說道：“我們的目標是為未來的Sentinel-1衛(wèi)星配備由工業(yè)級3D打印機制造的天線支架。3D打印技術(shù)蘊藏著巨大的商機，目前我們正在開發(fā)其在航空航天領(lǐng)域的其他應(yīng)用。同時，我們將繼續(xù)在設(shè)計和優(yōu)化流程中使用 Altair的產(chǎn)品，以確保部件布局適合于3D打印。未來，使用3D打印機制造整個衛(wèi)星結(jié)構(gòu)將有望成為現(xiàn)實。這意味著，電氣線束、反射器、加熱管等現(xiàn)在只能單獨制造的部件，在未來將能夠直接整合到結(jié)構(gòu)元件中�！�

Altair優(yōu)化技術(shù)和增材制造的巧妙結(jié)合使輕量化設(shè)計上升到一個全新的高度，這種制造流程能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)高效的部件。由RUAG與Altair共同開發(fā)出的最終設(shè)計非常接近于優(yōu)化結(jié)果給出的理想設(shè)計方案。剛度更高、質(zhì)量更輕的部件極大程度地幫助減少了發(fā)射航天器和衛(wèi)星的成本，請關(guān)注南極熊3D打印網(wǎng)。

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來源：3D科學(xué)谷