設(shè)計(jì)和制造一體化，自動(dòng)化的承諾始于創(chuàng)成式設(shè)計(jì)

魔猴君  行業(yè)資訊   1863天前

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)（Generative Design）是根據(jù)一些起始參數(shù)通過迭代并調(diào)整來找到一個(gè)（優(yōu)化）模型。拓?fù)鋬?yōu)化（Topology Optimization）是對(duì)給定的模型進(jìn)行分析，常見的是根據(jù)邊界條件進(jìn)行有限元分析，然后對(duì)模型變形或刪減來進(jìn)行優(yōu)化。

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很多人以為創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是拓?fù)鋬?yōu)化或程序建模的一個(gè)分支。但實(shí)際上，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是是一個(gè)人工智能驅(qū)動(dòng)的流程，利用云來通過探索成千上萬的建?？赡苄詠硗苿?dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，而不是簡(jiǎn)單地從原來的設(shè)計(jì)方案中探索如何減少材料。

不過之前的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)通常并不考慮加工的限制，雖然3D打印在制造復(fù)雜的設(shè)計(jì)方面有著先天的優(yōu)勢(shì)，但是很多設(shè)計(jì)結(jié)果還需要CNC數(shù)控加工來實(shí)現(xiàn)更高的精度與表面質(zhì)量，這使得設(shè)計(jì)與可制造性之間仍然缺乏一定程度的銜接，而Fusion 360 創(chuàng)成式設(shè)計(jì)2.5軸版本，從設(shè)計(jì)端銜接3D打印與機(jī)加工正在打通設(shè)計(jì)與制造銜接的最后一公里：3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的設(shè)計(jì)折衷。

為3D打印技術(shù)特點(diǎn)而重新設(shè)計(jì)

通過Autodesk Fusion 360提供的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)功能，設(shè)計(jì)和可制造性都是內(nèi)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(diǎn)，這些特點(diǎn)使得這兩者之間似乎隔了難以逾越的“鴻溝”，而歐特克關(guān)于創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的2.5軸版本使得任何擁有數(shù)控銑床的人都可以隨意使用這種“折衷”的設(shè)計(jì)來進(jìn)行加工。

軟件公司Autodesk-歐特克和美國宇航局（NASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的工程師們?cè)O(shè)計(jì)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(wèi)星的大多數(shù)著陸器。是通過金屬3D打印，鑄造和銑削相結(jié)合制造的一個(gè)很酷的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)項(xiàng)目的一個(gè)例子。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)-著陸器。來源：歐特克

 通過歐特克的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件，這個(gè)設(shè)計(jì)方法運(yùn)用的是大自然的進(jìn)化結(jié)果的防生學(xué)計(jì)算公式。設(shè)計(jì)師和工程師們只需要將設(shè)計(jì)目標(biāo)、材料、制造材料和成本限制等數(shù)據(jù)輸入到設(shè)計(jì)軟件中，設(shè)計(jì)軟件就能夠快速生成多種設(shè)計(jì)結(jié)果作為選項(xiàng)。

的確，迄今為止許多創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的實(shí)例看起來都是錯(cuò)綜復(fù)雜的，這種復(fù)雜往往讓制造商望而生畏，認(rèn)為是看似無法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)。但好消息是，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的適用范圍正在擴(kuò)大，包括支持傳統(tǒng)制造工藝。

例如輪椅的金屬支撐零部件，源自相同的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)輸出。每個(gè)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(qū)別是制造過程不同。

人工設(shè)計(jì)與創(chuàng)成式設(shè)計(jì)。來源：歐特克

圖片顯示了人工設(shè)計(jì)的零件以及在2.5軸和3軸CNC機(jī)床上銑削的兩種創(chuàng)成式設(shè)計(jì)。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)不僅在釋放3D打印的潛力，也在提升數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化效率。自動(dòng)化是體現(xiàn)在方方面面的，不僅僅是建模過程的自動(dòng)化，包括加工過程的自動(dòng)優(yōu)化，閉環(huán)反饋，都使得從3D打印到數(shù)控加工，更具備數(shù)字化特征。

數(shù)控機(jī)床通常使用G代碼來描述機(jī)床的加工信息，如 走刀軌跡、坐標(biāo)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(dòng)化。

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當(dāng)CNC機(jī)床切削金屬時(shí)，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(fù)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(jī)器控制器的網(wǎng)絡(luò)連接，可以“監(jiān)聽”控制器，并實(shí)時(shí)更新在設(shè)計(jì)軟件中自動(dòng)生成的加工策略。例如，當(dāng)意識(shí)到主軸負(fù)載能力為50％，則可以提高進(jìn)給速率，使刀具更快地切割材料或加大進(jìn)給使得切割更深，以去除更多材料，從而獲得更高的運(yùn)營效率。

設(shè)計(jì)和制造的融合是產(chǎn)品制造的必然！創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，自動(dòng)編程和閉環(huán)反饋，使得數(shù)控機(jī)床加工具備了更明顯的自動(dòng)化特征。而在魔猴網(wǎng)看來，對(duì)于制造商而言，最好的還未到來。很快，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師，機(jī)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(jìn)一步融合。

來源：3D科學(xué)谷