多維度迭代運算,針對成本和功能優化的通風管道案例

2020-01-02
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大多數熟悉增材製造(AM)的人們都知道,簡單地將用於其他製造方法生產的零件通過 3D 列印來製造幾乎沒有意義。增材製造的真正優勢在於,用來製造傳統製造技術難以實現的設計。大多數公司尚不具備能夠面向增材製造的設計能力。目前這種深層次的正向設計能力不僅在國內,在世界範圍內也是缺乏的。這種深層次的正向設計能力要求從根本上的形式轉變,從人類設計者為主導的世界轉變為電腦演算法影響主要設計決策的世界。因此,設計和工程領域正在經歷從“電腦輔助設計”向“電腦創成設計”的轉變。增材製造-3D 列印是催化這種設計形式轉變發生的技術。


圖片來源:additivemanufacturing

■ 成本與功能的兩大維度
過去幾年中,關於增材製造如何實現結構一體化的產品這樣的技術話題已有很多討論。這意味著增材製造使得公司能夠製造那些傳統技術難以實現的幾何形狀。從理論上講,這為設計師和工程師創造了以前無法企及的設計的巨大機會。然而,這在實踐中常常被證明是困難的,這使得增材製造的採用比很多人所預期的要慢得多。


增材製造-3D列印的零件與傳統製造的零件比較
圖片來源: http://www.3dsciencevalley.com/?p=17933

 
隨著更多的企業瞭解增材製造的可能性,對可以優化產品幾何形狀並列印以前無法實現的設計的軟體系統的需求正在增長。優化的幾何形狀減少了材料浪費,因為所分佈的材料量僅是零件功能要求所需要的。優化的幾何形狀還可以通過減少零件的重量或優化其功能來提高零件最終使用的效率。

 
利用基於 Star-CCM + 的計算流體動力學(CFD)模擬的一種拓撲優化,該團隊能夠實現一種截然不同的風管設計,與傳統設計相比,其風道性能預計可提高22%。
此過程的另一個積極成果是減少了設計零件所需的時間。原來的零件通過傳統的 CAD 建模技術進行了四個月的設計。但是,STAR CCM + 的模擬驅動設計過程以及使用NX進行幾何優化的結果是,最終設計階段僅為4周。


圖片來源: http://www.3dsciencevalley.com/?p=17933


新的設計包含了人類難以手工實現的幾何形狀,該幾何形狀專門針對管道系統進行了優化。設計過程是基於對高壓通風管系統中氣流的類比,從而獲得高度自動化的定制化優化解決方案。這使得對應著不同的冷卻要求,所獲得的管道部件的幾何形狀完全不同。

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