考慮加速度情況下的受力，CogniCAD拓?fù)鋬?yōu)化CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)更進(jìn)一步

魔猴君  行業(yè)資訊   2141天前

ParaMatters 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)CogniCAD以優(yōu)化的材料需求來生成滿足負(fù)載要求的結(jié)構(gòu)件，該設(shè)計(jì)比標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)鋬?yōu)化所得到的設(shè)計(jì)結(jié)果重量輕20%，并且設(shè)計(jì)過程無需通過設(shè)計(jì)師手動(dòng)建模以及迭代。

考慮動(dòng)態(tài)環(huán)境下的受力

如今CogniCAD軟件平臺(tái)又得到了進(jìn)一步的發(fā)展，最近CogniCAD發(fā)布了一系列創(chuàng)新和前沿的更新，所有這些都是針對(duì)3D打印的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。CogniCAD現(xiàn)在集成了一系列不同的負(fù)載類型，用戶可以將這些負(fù)載類型應(yīng)用到他們的模型中，以確保該部件能夠承受它在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中所承受的物理壓力。

CogniCAD考慮了許多類型的負(fù)載計(jì)算，包括力量和壓力，以及加速度情況下的受力。CogniCAD加速度情況下的受力對(duì)航空航天業(yè)非常重要，不僅如此，CogniCAD還增加了熱負(fù)荷條件下的負(fù)載計(jì)算。

之前的CogniCAD版本只有一個(gè)用于拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)探索的選項(xiàng)：指定體積下最小化結(jié)構(gòu)柔順性（即最大化剛度）*，這需要用戶指定部件的體積函數(shù)以生成優(yōu)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)魔猴網(wǎng)的了解，這不是工程應(yīng)用的最好方式，因?yàn)橛脩舨⒉淮_切知道最好體積分?jǐn)?shù)，在某些情況下，體積分?jǐn)?shù)的變化對(duì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)沒有幫助，因?yàn)閯偠群蛷?qiáng)度的設(shè)計(jì)要求是不同的。新的CogniCAD版本中，用戶只需指定其設(shè)計(jì)目標(biāo) – 比如在某些應(yīng)力約束下最小化質(zhì)量，該零部件將在不違反任何應(yīng)力約束的情況下進(jìn)行優(yōu)化。

通過與航空航天公司的合作伙伴一起，ParaMatters 實(shí)際測(cè)試了壓力約束設(shè)計(jì)解決方案，并且得到了理想的結(jié)果。目前，CogniCAD的用戶能夠指定剛度和應(yīng)力約束以得到優(yōu)化的設(shè)計(jì)。ParaMatters并不滿足于此，他們還在進(jìn)一步開發(fā)軟件使得軟件將具有考慮振動(dòng)環(huán)境和設(shè)置變形約束功能。（此項(xiàng)更新預(yù)計(jì)將于2019年2月推出。）

面向制造業(yè)需求 目前，將CogniCAD與其他拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)區(qū)分開來的另一個(gè)關(guān)鍵因素是，用戶現(xiàn)在能夠?qū)⑵淠Ｐ筒粌H導(dǎo)出為用于3D打印的STL文件，還可以導(dǎo)出為STEP文件，以便輕松地重新上載到CAD設(shè)計(jì)程序中。用戶導(dǎo)入STEP，最后他們可以返回STEP，這在航空航天或其他認(rèn)證應(yīng)用中很重要，因?yàn)槟Ｐ蛻?yīng)記錄在CAD中，而不僅僅是以STL的格式。ParaMatters付出了大量努力，允許用戶將他們的模型轉(zhuǎn)換為STEP。

CogniCAD的一個(gè)顯著功能是特征尺寸控制，可確保使用該軟件生成的設(shè)計(jì)始終可根據(jù)優(yōu)化的構(gòu)件尺寸和殼厚進(jìn)行制造。并且這些設(shè)計(jì)是根據(jù)3D打印的工藝特點(diǎn)而生成的，在通過CogniCAD平臺(tái)產(chǎn)生的所有設(shè)計(jì)中，所有這些設(shè)計(jì)都是可制造的。

除此之外，Paramatters解決了CogniCAD的介觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，CogniCAD能夠生成針對(duì)相關(guān)部件量身訂制的內(nèi)部幾何形狀，以滿足應(yīng)力的要求。

對(duì)于粉末平臺(tái)金屬3D打印，一個(gè)普遍關(guān)心的問題是如何從3D打印部件上除去粉末?，F(xiàn)在的普遍解決方案是設(shè)計(jì)幾個(gè)粉末出口，在部件上打幾個(gè)洞。所以在設(shè)計(jì)過程中需要讓腔體之間盡量相互連接，因此通過添加幾個(gè)孔，可以將粉末排出。

CogniCAD還提供多材料3D打印建模支持，多材料金屬3D打印就是其中的一個(gè)例子，簡(jiǎn)而言之，該軟件使用戶能夠?qū)⒉煌慕饘俜峙浣o組件的各個(gè)部分，以優(yōu)化強(qiáng)度，同時(shí)降低材料成本。例如，一部分可以由強(qiáng)度高的鈦制成，而另一部分可以由強(qiáng)度較低的鋁制成。在CogniCAD平臺(tái)中，多材料設(shè)計(jì)可以在3D建模過程中實(shí)現(xiàn)可視化。

根據(jù)魔猴網(wǎng)的了解，CogniCAD目前已經(jīng)有四五個(gè)大用戶 – 包括福特和大眾，也有GE Power和其他公司。現(xiàn)在CogniCAD已經(jīng)向公眾開放，已經(jīng)有大量用戶注冊(cè)了。

關(guān)于商業(yè)模式，CogniCAD是基于云的應(yīng)用程序，用戶需要在線支付軟件服務(wù)的租賃費(fèi)用。對(duì)于使用私有云的公司，Paramatters可以在其私有云上安裝該軟件。

Review

就在2018年12月，PTC宣布收購(gòu)?fù)負(fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)軟件公司Frustum Inc.，通過Frustum的Generate拓?fù)鋬?yōu)化軟件，對(duì)部件的材料分布進(jìn)行了優(yōu)化，最終在實(shí)現(xiàn)零部件功能的前提下保留盡可能少的材料。除此之外，通過光滑和混合表面的處理降低應(yīng)力。由Frustum 軟件生成具有適合3D打印的幾何形狀的模型。Frustum的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是對(duì)PTC Creo產(chǎn)品組合的變革性補(bǔ)充。

ParaMatters 的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)CogniCAD與Frustum的Generate拓?fù)鋬?yōu)化軟件平臺(tái)的特點(diǎn)十分相似：根據(jù)部件性能要求的材料優(yōu)化分布設(shè)計(jì)、針對(duì)3D打印而設(shè)計(jì)、基于云的軟件平臺(tái)。

與CogniCAD相似的是，Generate平臺(tái)是為制造業(yè)的設(shè)計(jì)所服務(wù)的，平臺(tái)所產(chǎn)生的無縫設(shè)計(jì)特點(diǎn)使的產(chǎn)品輕松得到最好的剛性，并且在不同載荷下分配材料。光滑和混合的表面，減少重量，并盡量減少應(yīng)力集中，從而使設(shè)計(jì)優(yōu)化完成后就適應(yīng)3D打印，而不需要手動(dòng)重新設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，市場(chǎng)上通常把拓?fù)鋬?yōu)化（Topology Optimization）與創(chuàng)成式設(shè)計(jì)（Generative Design）大量場(chǎng)合二者都是混為一談的，但細(xì)究起來創(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。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)（Generative Design）是一個(gè)人機(jī)交互、自我創(chuàng)新的過程。根據(jù)輸入者的設(shè)計(jì)意圖，通過”創(chuàng)成式”系統(tǒng)，生成潛在的可行性設(shè)計(jì)方案的幾何模型，然后進(jìn)行綜合對(duì)比，篩選出設(shè)計(jì)方案推送給設(shè)計(jì)者進(jìn)行最后的決策。

通俗理解創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一種通過設(shè)計(jì)軟件中的算法自動(dòng)生成藝術(shù)品、建筑模型、產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)方法。創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一種參數(shù)化建模方式，在設(shè)計(jì)的過程中，當(dāng)設(shè)計(jì)師輸入產(chǎn)品參數(shù)之后，算法將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整判斷，直到得到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。目前比較著名的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件包括歐特克的Within，歐特克的Dreamcatcher，西門子的Solid Edge ST10等。

目前ParaMatters和Frustum所提供的更多的是拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)而并非創(chuàng)成式設(shè)計(jì)技術(shù)。

來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)