其中人工智能会针对工程师设置的参数和功能目标优化设计。工程师设置载荷，材料约束和边界条件，确定其功能目标，通过创成式算法优化设计空间内的材料布局，以满足这些工程师设置的目标并最大化性能。本期，3D科学谷与谷友通过创成式设计的一些案例，来领略创成式Generative时代的到来！本期Highlight的软件工具是PTC的Creo创成式设计软件和Ansys的Discovery软件。

创成式设计
© 3D科学谷白皮书

 快速迭代设计

PTC的Creo Generative Design创成式设计：利用云，该软件使用户能够创建优化的设计概念，同时快速探索和测试大量设计迭代。它根据用户设置的设计参数突出显示最符合用户目标的迭代。在 Creo 设计环境中，该软件很短的时间内生成高质量、低成本和可制造的设计。

PTC于2018年收购了创成式设计软件公司Frustum，功能强大的AI组件是Frustum技术不可或缺的组成部分，它可以自我学习和演进，并最终执行关键任务，Frustum的拓扑优化设计技术是对PTC Creo产品组合的变革性补充。Frustum的亮点包括：

- 在设计的早期阶段为设计师提供有价值的反馈

- 同时针对多个目标优化设计，为设计人员提供多种新颖的设计选择，使公司能够大幅缩短工程周期

- 修改设计以管理多项要求和约束条件、物理性能、材料可用性、制造工艺和设计目标

- 使用其他洞见（包括成本核算、供应链和质量数据）自动测试设计结果

根据3D科学谷，与基本拓扑优化相比，创成式设计的主要优势之一是能够针对不同的制造技术进行优化。创成式设计与仿真结合的力量不止于制造优化，这种方法还可以围绕各种功能目标进行优化，包括材料、强度、传热、流体动力学和重量。而且，从纯粹的商业角度来看，附加到实时市场信息的创成式设计方法可以考虑成本约束。最后，创成式式设计会找到能够最有效地平衡这些相互约束目标的解决方案。

PTC的Creo创成式设计软件
© PTC

Creo 基于云的创成式设计扩展已完全集成到 CAD/PLM/模拟环境中。其他软件解决方案需要导入和导出载荷工况和几何图形。PTC 的解决方案完全集成到 Creo 中，无缝衔接从概念到模拟再到生产的任何设计工作流程。

 近乎实时的洞察力

设计师能够为设计探索获得近乎实时的洞察力——类似于 ANSYS Discovery 如何利用其基于 NVDIA CUDA 的 GPU 加速求解器将仿真时间从几天缩短到几分钟。 Discovery 是 Ansys 推出的一款功能强大的软件，具有该公司所谓的“仿真驱动设计”功能。

通过人工智能，CAE可以更好地管理耗时的模拟任务，例如几何准备、网格划分、结果数据的管理以及识别大量后处理数据中的趋势和异常。

Ansys Discovery 使工程师能够迅速通过拓扑优化和其他优化路径，直接评估组件的数百种潜在形状。Discovery 是具有拓扑优化功能的3D仿真软件，适合除了设计之外还需要具有气流、流体流动或热管理等功能的电机、硬件和机械零件设计。Discovery在单一平台中结合了即时物理模拟和交互式几何建模。

© Ansys

案例：Techfit数字化手术公司主要制造支持骨骼愈合的植入物。每个患者的需求都是独一无二的，该公司使用 Ansys Discovery 探索不同的设计场景。工程师从患者独特的扫描数据（CT、MRI）入手，并为其设计数字化支持。然后，通过Ansys软件可以验证这些定制支撑是否符合所需的机械标准。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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创成式设计的座椅
© Autodesk

设计重新定义制造

 创成式带来的新世界

仿生学不是复制自然形状，而是复制自然解决问题的方法。仿生学和创成式设计之间的真正联系是一些软件如何利用自然界中发现的逻辑来获得其中算法的奥秘。Autodesk Fusion 360内置的 Project Dreamcatcher是目前创成式设计软件的一个典型代表。

创成式设计优化航空航天零件
© Autodesk

在 Autodesk Fusion 360 的案例中，创成式设计的想法受到仿生学中自下而上的方法的启发。令人着迷的是，有一个算法来自“白蚁巢穴，以及白蚁使用信息素相互发送信号的方式，开发人员创造了压力或信息素梯度，核心方法非常简单，但结果却很复杂。

有了这种受自然启发的逻辑作为其创成算法的核心，创成设计程序必然会不时创成有机形状，以不对称和复杂的表面为标志。但目前的制造方法无法与大自然所创造的奇迹相媲美，这使得创成式设计软件本身还有着很多进化的空间。

创成式设计
© 3D科学谷白皮书

譬如大自然中的人体，人体是单一的组件来促进流体流动和交互结果，而这在航空航天领域也有类似的活动。那么未来或许创成式设计还可以进化到如何结合流体流动和结构功能，虽然这在创成式设计中目前还不是主流。

欧特克的开发团队已经在研究框架创成系统，这些系统可能在未来用于商业发布。那么创成式设计对制造所带来的范式改变，最突出的有哪几点呢？

I 制造感知技术

Fusion 360 中的创成式设计包括制造感知技术，这意味着它可以生成多个受可用设计约束影响的设计选项。此外，减材和增材制造技术可帮助用户了解设计的可能性。创成式设计还可以通过创建人类无法想象的可加工几何形状来提高生产力。

将创成式设计与制造无缝结合，例如此前欧特克就发布了创成式设计的2.5轴*版本，主要用于生成突破铣削约束的设计。这使得Fusion 360用户能够将3D打印与传统的CNC铣削实现更好的结合。

通过Autodesk Fusion 360提供的创成式设计功能，设计和可制造性都是内置的。增材制造和3轴以及5轴铣削加工之间具有各自的特点，这些特点使得这两者之间似乎隔了难以逾越的“鸿沟”，欧特克关于创成式设计的2.5轴版本使得任何拥有数控铣床的人都可以随意使用这种“折衷”的设计来进行加工。

除了可以直接访问Fusion 360基于云的创成式设计，高级仿真模拟和高级CAM功能外，欧特克Fusion 360集成工作区现在还提供真正的混合制造体验，在单一工作流程中结合了先进的增材制造和CAM功能。

I 并行工程支持

创成式设计技术使工程团队能够与制造团队合作，根据材料、制造方法和成本限制等参数开发出现实的结果。需要在制造过程的早期跨团队达成共识，从而增强和简化工作流程。

1988年美国国家防御分析研究所(IDA—Institute of Defense Analyze)完整地提出了并行工程(CE—Concurrent Engineering)的概念，即“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。

欧特克Fusion 360提供一站式的3D打印与铸造成本比较
© Autodesk

并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。它要求产品开发人员从设计开始就考虑产品寿命周期的全过程，不仅要考虑产品的各项性能，如质量、成本和用户要求，还应考虑与产品有关的各工艺过程的质量及服务的质量。它通过提高设计质量来缩短设计周期，通过优化生产过程来提高生产效率，通过降低产品整个寿命周期的消耗，如产品生产过程中原材料消耗、工时消耗等，以降低生产成本。

I 人工智能 (AI) 作为制造合作伙伴

创成式设计是人工智能 (AI) 的一种形式，可以为零件以及模具设计提供大量可用于制造的解决方案，甚至可能是开发过程的自动化。有远见的公司使用创成式设计作为制造合作伙伴来帮助弥合技能差距。

人工智能+3D打印
© 3D科学谷白皮书

在设计航空航天或汽车部件时，此前人类可能从未想过向蚂蚁和寻光植物细胞寻求建议，但如果使用创成式设计软件来塑造零件的设计，不过这一切已经不是梦想，实际上已经在做了。

此前，空客已投产的仿生学机舱隔离结构就来源于创成式设计结果。该结构是采用高强度轻质铝合金材料与粉末床激光熔化3D打印技术制造的，用于空客A320机舱中，起到分隔客舱与后部食品准备区的作用。

I  集中数据

集中数据意味着工程和制造部门可以一起处理相同的数据。例如，程序员可以与操作员共享设置表，操作员可以更新云工具库，设计人员可以将设计更改发送给程序员。因此，集中的数据和功能可以随时随地为用户解锁高级工具。

根据3D科学谷的观察，不仅仅工程和制造部门可以一起处理相同的数据。在设计的前端数据的集中也使得建模与仿真过程融为一体。

随着3D打印-增材制造技术的不断成熟和应用，通过CFD和FEM在制造前预测性能、优化设计并验证产品行为，零件经过结构流体特性拓扑优化、结构拓扑轻量化以及尺寸优化设计之后通过增材制造技术加工出来。CFD、FEM技术与3D打印-增材制造技术相得益彰，互相成就，共同推动零件的性能升级。

建模与仿真的无缝结合正成为大势所趋，在这方面，欧特克（Autodesk）2019年11月就宣布了与工业仿真软件企业ANSYS 之间的下一步合作关系，双方将建立起设计软件与仿真软件的无缝互操作性，为制造用户带来革命性的设计与工程敏捷性。这种合作可以实现增强创成式设计等新的自动化流程，而自动化的流程将缩短产品上市时间，使多个工程团队可以更为顺畅的地一起工作。

未来，工程团队与工程团队之间，工程团队与制造团队之间，将更紧密的协作。

I 高附加值的职业技能

随着云计算、人工智能、自动化、增材制造等方面的进步，设计师和工程师设计和制造产品的方式正在发生变化。为了获得有竞争力的职业优势，人大脑的艺术感知能力与人工智能相结合将诞生出新的技能。

使用算法驱动的软件进行设计的好处在于，设计开发人员可以通过所有相关换热器设计的更高层次的思维专注于实现目标，而不会因为确认一个特定设计中的细节而耗费精力。

点阵建模软件
© 3D科学谷白皮书

创成式设计将激发设计师通过手动建模不易获得的思想灵感，创造出拥有不寻常的复杂几何结构设计作品。3D打印技术由于可以将复杂的设计转化为现实，注定已成为创成式设计的“好伙伴”。

根据3D科学谷的市场判断，从建模仿真到数字孪生体技术，再到过程控制等3D打印工艺链的方方面面，仿真与算法将赋能3D打印的方方面面。很快，3D打印行业会发现，一家3D打印企业需要有人精通仿真软件的应用，需要团队中有一些人可以编写代码，否则这样的企业将变得寸步难行。

I  降低商品销售成本

创成式设计过程在生产过程的早期探索制造就绪的结果，减少材料成本和进行模具设计更改所花费的时间，以便用户可以更快地进入市场。此外，创成式设计产生的结果通常会最大限度地减少质量和材料的使用，整合零件并提高产品的耐用性。事半功倍，通过提高投资回报率获得竞争优势。

实现更少的零件
© 3D科学谷白皮书

I 增材制造

迄今为止，由于材料成本、大批量零件运行要求、速度、可重复性等问题，增材制造的应用一直很缓慢。更不用说，与创新相比，现有供应商花费了更多的时间和金钱来保护他们的专利。

创成式设计的车架
© Autodesk

增材制造所节约的时间和成本将使得这项技术不仅可行而且是必需的。借助 Fusion 360 和创成式设计，有远见的公司有机会同时考虑减材 (CAM) 和增材结果，否则就会被甩在后面。

I  Re-Shore 制造专业知识

供应链问题在当今世界中占据主导地位，Fusion 360 中的加工和创成式设计提供了一个新的机会，可以将制造专业知识带回生产制造产品的国家。创成式设计不会取代制造的位置，而是让制造者成为更有价值、更高效、更优秀的工程师——无论是现在还是未来。

知之既深，行之则远，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察，有关增材制造领域的更多深度分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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此前，空客已投产的仿生学机舱隔离结构就来源于创成式设计结果。该结构是采用高强度轻质铝合金材料与粉末床激光熔化3D打印技术制造的，用于空客A320机舱中，起到分隔客舱与后部食品准备区的作用。本期，3D科学谷与谷友一起来领略创成式设计开启的未来制造能力。

© Desktop Metal

创成式带来的新世界

Autodesk Fusion 360内置的 Project Dreamcatcher 和 Desktop Metal 的 Live Parts，以及nTopology 是目前创成式设计软件的典型代表。

3D打印与设计的结合成就新型骨科植入物©《3D科学谷骨科白皮书》

开发人员透露，创成式软件中的创成算法部分受到蚂蚁如何使用信息素相互发送信号以及植物细胞如何吸引阳光以获得最佳营养的启发。开发人员指出，人们经常将创成式设计的输出描述为“仿生学”，这是因为有些算法具有与自然界的相似性。

仿生学和创成式设计之间的真正联系是一些软件如何利用自然界中发现的逻辑来获得其中算法的奥秘。

仿生学不是复制自然形状，而是复制自然解决问题的方法。

 从自然界灵感赋予零件“生命力”

Live Parts 是 Desktop Metal 专注于增材制造的创成式设计软件，Live Parts 背后的一种算法是受到树木的启发——不是真正的树木，而是由类似体素的细胞构成的数字树。

Live Parts的部件是由自然激发算法驱动，这些算法会导致零件自动增加和适应，并且基于它们的功能和环境进行调整。它由一个图形处理器加速的多物理引擎驱动，Live Parts在几分钟内从单个构造中变大，并自动产生设计文件。这使用户能够迅速认识到人工智能制造的全部潜力，包括材料和成本效率。

Desktop Metal 的 Live Parts 软件算法模拟植物细胞如何被阳光吸引以获取营养

© Desktop Metal

大自然的很多材料具有很强的适应性，而人造材料则不然。钢始终致密；陶瓷易碎，塑料有弹性。由这些制成的零件在整个过程中都表现出源材料的属性。另一方面，大自然中的很多物体出于多种目的在不同区域表现出适应性密度、弹性和脆性（例如肌肉、静脉和骨骼的组合）。

这驱动着设计者探索如何将大自然的材料在弹性、密度和脆性方面不断变化的能力引入到产品的设计中来。而这将使得未来，人们对具有微观转变的材料产生浓厚兴趣。

Desktop Metal 的 Live Parts 软件开发人员研究了植物细胞如何对外部刺激做出反应，比如来自光的化学物质。让部件中的细胞对压力和应变做出反应，然后产生额外的细胞，称为子细胞，建模过程就像自然界的细胞生长，从一个细胞开始，将它培育成一个胚胎，胚胎生长成一个有机体，随着它不断增长，它将实时适应环境。

Live Parts是由一个加速的、多物理引擎驱动。这给Live Parts提供了模拟过渡动力力量的独特能力，比如高频振动和低频振荡，以及自动生成的部件。这些部件能够实时地生长和适应这些变化的力量，就像真实世界的生物在不断变化的环境中成长一样。其结果是，这些部件的压力都非常均匀，材料效率高，强度高，重量轻。

Desktop Metal 一直专注于基于金属的 3D 打印，但今年年初，Desktop Metal 发生了巨大的变化。该公司以 3 亿美元的现金和股票交易完成了对 EnvisionTEC 的收购，EnvisionTEC 提供光敏树脂、陶瓷和其他材料的 3D 打印机。

为什么收购EnvisionTEC？根据3D科学谷的市场观察，EnvisionTEC是数字生物制造增材制造领域的先驱，其 Bioplotter 平台支持生产用于医疗应用的生物相容性部件，如骨再生、软骨再生、软组织制造、药物释放和器官打印，这或许是Desktop Metal 通过其Live Parts 软件无缝跨界到更宽的应用领域的一个有利桥梁。

 Autodesk Fusion 360 的创成式设计

将创成式设计与制造无缝结合，此前，欧特克就发布了创成式设计的2.5轴*版本，主要用于生成突破铣削约束的设计。这使得Fusion 360用户能够将3D打印与传统的CNC铣削实现更好的结合。

通过Autodesk Fusion 360提供的创成式设计功能，设计和可制造性都是内置的。增材制造和3轴以及5轴铣削加工之间具有各自的特点，这些特点使得这两者之间似乎隔了难以逾越的“鸿沟”，而欧特克近日发布的关于创成式设计的2.5轴版本使得任何拥有数控铣床的人都可以随意使用这种“折衷”的设计来进行加工。

除了可以直接访问Fusion 360基于云的创成式设计，高级仿真模拟和高级CAM功能外，欧特克Fusion 360集成工作区现在还提供真正的混合制造体验，在单一工作流程中结合了先进的增材制造和CAM功能。

在 Autodesk Fusion 360 的案例中，创成式设计的想法受到仿生学中自下而上的方法的启发。令人着迷的是，有一个算法来自“白蚁巢穴，以及白蚁使用信息素相互发送信号的方式，开发人员创造了压力或信息素梯度，核心方法非常简单，但结果却很复杂。

Autodesk脊柱植入物创成式设计技术，灵感来自白蚁使用信息素相互发送信号的方式© Autodesk

有了这种受自然启发的逻辑作为其创成算法的核心，创成设计程序必然会不时创成有机形状，以不对称和复杂的表面为标志。但目前的制造方法无法与大自然所创造的奇迹相媲美，这使得创成式设计软件本身还有着很多进化的空间。

譬如大自然中的人体，人体是单一的组件来促进流体流动和交互结果，而这在航空航天领域也有类似的活动。那么未来或许创成式设计还可以进化到如何结合流体流动和结构功能，虽然这在创成式设计中目前还不是主流。

欧特克的开发团队已经在研究框架创成系统，这些系统可能在未来用于商业发布。

 隐式建模

nTop是用于高级制造中的设计和仿真的计算建模平台，nTop的驱动方法将设计，仿真和制造知识统一起来，实现了自动化，从而使工程师可以拥有更大的设计自由度并改善工作流程。

nTopology (nTop) 的开发始于鸟骨，当时的创始人希望编写一个算法来拓扑地模拟这种结构。

CAD 建模程序通常使用 BREP（边界表示）来描绘用于生产的零件。但该方法不易适用于有机形状（如人和动物的相貌）。对于这些，3D 建模人员通常求助于基于网格和多边形的软件。这两种方法不能很好地融合，这就是为什么角色动画师通常不会使用 CAD 程序来完成他们的工作。而且网格模型也有限制，尤其是对于复杂的形状，文件大小会急剧增加，从而导致加载和编辑困难。

为了更好的模拟鸟骨这样复杂的结构，nTop 基于隐式建模，这种实现3D 形状的方式比 传统CAD 文件快数千倍，文件更小，而且复杂性不会破坏系统，nTopology 使用户可以完全控制创成工作流、优化过程及其输出的各个方面。创建可重用的工作流，以满足用户的应用程序的独特要求。

根据3D科学谷的市场观察，nTop平台是开放性的，可以与其他软件工具连接。可以与其他计算机辅助设计（CAD），有限元分析（FEA），计算流体动力学（CFD）及其他软件工具直接集成，并实现极快的处理速度。

nTop平台还可以从其他软件中获取设计或数据，并将其用于设计改进或迭代。用户可以轻松地将他们现有的设计或数据导入nTop平台，可以非常快速地执行多物理场分析，并评估性能，稳健性和使用寿命等特性，进一步实现设计优化。

nTop平台还支持通过工业4.0计划以提高数据驱动制造效率的努力。平台的工作流程软件功能可实现流程自动化，消除低价值的手工工作，这些特点还有助于实现数据的无缝传输。

而在3D科学谷看来，在所有创造价值的源头，在所有可能颠覆的源头，算法无疑是最重要的部分之一。

*名词解释：2.5轴的工法是用来铣削由袋状区域，岛屿，轮廓外形，沟槽，垂直壁面，平坦面和钻孔加工等工序所组成的弓箭。通常使用在电子零件外壳，精密机械零件，冲床模具加工。

l 文章来源：3D科学谷内容团队

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MSC Apex Generative Design使制造商提高对昂贵的增材制造技术的利用率，并提高设备投资回报率，因为在工作流程开始时减少设计工作可以降低生产运行的总成本和缩短每个部件的交付时间。

本期，3D科学谷与谷友通过案例来共同领略创成式设计在为增材制造而设计(DfAM)中扮演的角色。

©海克斯康

3D打印与创成式设计成就更复杂的设计

 卫星部件：安装用于调节微波滤波器的驱动器

轻巧的结构在卫星设计中尤其重要，因为每增加一公斤，就会产生高昂的太空运输成本。如果可以减轻重量，则可以将运载工具或卫星宝贵的有效载荷用于进一步的应用，并创造附加值。

这正是航天公司Tesat-Spacecom GmbH＆Co. KG，机器制造商Trumpf-通快和MSC Apex Generative Design专家之间的项目目标。如图所示，用于调节微波滤波器的驱动器支架将用于德国通信卫星Heinrich Hertz，以测试新通信技术的空间能力。对于此应用，需要减轻安装座的重量， MSC Apex创成式设计助力实现此目的。

通过应用创成式设计，创建了一个新的、高度复杂的结构，该结构可实现最大程度的轻量化，并且可以完全的满足设计和制造。最终的结果令人印象深刻：为航天技术设计的组件减轻了55％的重量。底座重量由之前的164克减为75克。此外，MSC Apex Generative Design的创新性，及其针对应力的优化进一步提高了组件的刚度。最终，MSC Apex Generative Design产生的均匀应力分布可满足所需的刚度和坚固性，同时最大程度地减轻了重量。

©海克斯康

这种新型的复杂几何形状现在只能通过增材制造来生产。Trumpf-德国通快用TruPrint 3000 3D打印机承担了这项任务。海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）卫星任务是由DLR空间管理公司代表联邦经济和能源部在联邦国防部的参与下执行的。

 UPB赛车轮托架

每年，UPBracing的一支年轻学生团队都会开发FormulaStudent赛车来参加国际比赛。设计赛车必不可少需要考虑的两个因素：轻便和坚固。除了赛车手和赛车本身可以证明其性能外，赛车的轻量化结构也是得分项之一。由于具有四重用途，因此轮架非常有必要在减轻重量的同时满足较高的承重要求。

传统的铣削设计，由于形状非常复杂，零件重515g，但产生15.5公斤的铝废料©海克斯康

在过去的几年中，这些团队曾尝试设计具有复杂铣削设计的轻型轮架。采用传统方法，设计的已经很复杂的轮架（图1）重515克。它是由16公斤重的物料块碾磨而成的，因此产生了15.5公斤铝废料。

之后，团队采用了MSC Apex Generative Design技术来创建最佳的轻量化设计。在模型设计中定义了设计和非设计区域，并添加了复杂的载荷工况。然后自动生成网格并进行了优化。该设计算法在高端NVIDIA Tesla P100显卡的工作站上6小时内生成完成后的平滑结果(使用工作站GPU NVIDIA QUADRO P5000大约需要14小时)。

©海克斯康

结果是单轮架重量为266g，与传统设计相比减少了48％。由于零件是通过增材制造生产的，因此也没有大量的材料浪费。这大大降低了赛车的整体重量，并在设计报告中赢得了很多关注和好评，成为整个比赛中最特殊的存在。

 航空航天支架

一个测试不同算法优化质量的流行例子是“GE喷气发动机支架”。2013年，通用电气(General Electric)在GrabCAD网站上发布了飞机涡轮的支架，作为增材制造的设计挑战（https://grabcad.com/challenges/ge-jet-engine-bracket-challenge）。挑战内容在于可以使用任何方法重新设计非常简单的组件设计，并在考虑给定边界条件的同时开发尽可能轻的组件。

这一挑战吸引了大量的注意力，至今仍被频繁地用来展示新算法的优势。

通用电气喷气发动机支架优化MSC Apex创成式设计©海克斯康

采用MSC Apex Generative Design对相同载荷下的相同构件进行计算，结果如图1所示。此处显示的结果是在装有两个Nvidia P5000显卡的CAD工作站上计算的，计算时长大约6个小时。其结果是形成了一个最佳的形状——轻薄、多曲线的外壳，并带有附加支柱，以传递最高的载荷。由于几乎不需要任何支撑结构，因此该设计非常稳定，轻巧且易于通过增材工艺制造，并且只能通过特别高的计算分辨率来实现。

MSC Apex的自动创成式设计比其他设计方案的结构更轻，应力更低。最大应力为680 MPa(目标应力为700MPa)时，重量仅为140克左右。

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本期，3D科学谷与谷友一起来领略MSC Apex Generative Design如何通过智能创成式设计在设计和制造之间架起桥梁。

©海克斯康

推导人类大脑无法想象的形状

 创成式设计引擎

MSC Apex Generative Design（创成式设计）工作原理是什么?

MSC Apex Generative Design的创新方法已在实践中得到证明。MSC Apex创成式设计的核心是海克斯康的“创成设计引擎”。它基于有限元分析，但是与传统方法不同，它不使用密度场，而是使用具有明确定义的非常精细的网格单元。这使算法可以直接评估发生的应力，并可靠地推导出人类大脑无法想象到的独特几何形状。其优势是非常明显的：

优势：

1、自动网格划分，无需提前熟悉有限元分析

2、根据优化设置生成多个设计候选

3、生成的结构始终是平滑的，并且从理论上讲，可以使用增材制造进行打印

©海克斯康

现状：

• 设计出的结构比所需要结构的更重
• 材料浪费较高，对环境造成负面影响
• 在设计、工程和制造工程师之间需要满足所有标准的迭代次数

将来：

• 设计出的都是轻量级的
• 设计的结构可以使用增材制造技术进行生产，从而减少材料浪费
• 内置有限元（FE）分析和制造验证，有助于减少设计、工程和制造工程师之间的迭代次数

 流畅的CAD与优化

MSC Apex Generative Design（创成式设计）做什么?

©海克斯康

MSC Apex Generative Design（创成式设计）的优势：

显著节省时间
MSC Apex Generative Design 将速度与高水平的自动化相结合，大大减少了优化所需的时间，从而使制造设计更智能。其结果是一个快速、经济高效的集成过程。

基于应力约束的优化
应力分布通常是零件设计中最重要的设计标准。MSC Apex创成式设计技术使以压力为导向进行优化的方式成为可能。这种方法可以实现真正的仿生形设计，并具有非常均匀的应力分布，以确保较高的零件可靠性。

为增材制造做优化
每种制造技术都需要设计规则来避免制造零件的质量问题。这对于能否实现第一次打印即可成功的增材制造尤为重要。与大多数常见的优化解决方案相比，MSC Apex创成式设计已将这些功能完全集成在一起，并将其功能性地应用于优化。

自动过渡到CAD
常规的优化软件需要使用其他的再转换软件，才能将计算机生成的结构转换为CAD，并需多掌握使用转换软件的知识和经验。MSC Apex创成式设计将这一核心功能整合到单个环境中，并自动转移设计以实现最佳CAD / CAM链接。

智能平滑
通过智能算法可自动有效地过渡到细腻和光滑的表面。从而有力保障表面无缺陷，确保每个零件均为高质量。

自动生成网格
与使用传统优化软件进行手动、耗时的优化过程相比，MSC Apex Generative Design用于优化模型的网格是自动生成的，并且没有错误。

没有设计空间的优化是可能的
虽然定义构建空间是常规软件的先决条件，但MSC Apex Generative Design可以在没有构建空间的情况下启动优化过程。这样更快，更灵活。

自动调整分辨率
MSC Apex创成式设计使自动调整分辨率或几何形状成为可能。一旦生成了粗略的几何图形，该软件就会逐渐提高分辨率，直到获得更精细、更详细的结构。

一键式优化
使用常规软件，需要测试和计算几种不同的优化方法。且每次迭代都会花费时间和金钱。MSC Apex创成式设计使用户可以快速查看第一个优化方向，并轻松地将其调整为快速而正确的结果。

高分辨率
MSC Apex创成式设计是专门为只有增材过程才能制造的详细而高度复杂的结构而设计的。使用传统的优化软件无法实现必要的计算工作量。

晶格结构优化
晶格结构具有轻量化的巨大潜力。然而，从固体材料到晶格结构的转变通常是关键且容易产生缺陷的。借助MSC Apex创成式设计，可以自动优化整个结构，以向生成平滑、优化的应力过渡，从而设计出最佳结构。

©海克斯康

MSC Apex创成式设计是专门为只有增材过程才能制造的详细而高度复杂的结构而设计的。优化设计的高分辨率可确保将结果直接发送至打印机。但是，如果需要进一步的制造和设计验证，则MSC Apex Generative Design可与Simufact Additive，Digimat AM和MSC Nastran互相操作。3D科学谷在接下来将通过案例分享如何将创成式设计与3D打印结合起来，敬请保持持续关注。

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Additive Industries

让“飞毯”更轻

 增材制造可动人工颈椎

总部位于荷兰费尔德霍芬(Veldhoven)的ASML公司占据了全世界光刻机80%以上的市场份额，2019年ASML的净销售额为118.2亿欧元，是飞利浦与 ASMI于 1984年合资创立。根据3D科学谷的市场了解，目前全世界能够生产最先进的7nm制程的EUV光刻机是荷兰阿斯麦公司-ASML。在芯片工艺提升到5nm之后，就只有极紫外光刻机能满足需求，阿斯麦是目前全球唯一一家能生产极紫外光刻机的厂商。EUV的核心技术集中在三大领域：顶级的光源（激光系统）、高精度的镜头（物镜系统）、精密仪器制造技术（工作台）。

根据3D科学谷的了解，晶片在蚀刻的整个过程中是被下电极系统中的静电卡盘（ESC）吸附固定住的，并且向静电卡盘通入射频RF，这样射频RF会在晶片上形成DC bias（直流偏压）。这样促成等离子体对晶片的蚀刻反应。同时，静电卡盘会对晶片实现温度控制，以促进晶片蚀刻的均匀性。静电卡盘的上下均为绝缘层，中部设有电极层。当对电极层施加直流电压时，就会在电极层和晶片上出现不同的电荷，从而在电极层和晶片之间产生库仑引力，将晶片吸附在静电卡盘表面。

业界将ASML芯片机中的晶圆台称为“飞毯”，因为它是一个浮动的平台，在磁场中以闪电般的速度运动。每轮机器人会在该平台上放置一块晶圆。随着运动，芯片上的图案被照亮了数百次，而精确度是头发丝的十分之一。

十多年来，MI Partners工程公司一直致力于使该“飞毯”更好，更轻。当MI Partners公司计划将晶片从30厘米扩大到45厘米时，就开始了这一工作。这将使晶圆台变得庞大和沉重，以至于难以快速移动，MI Partners工程公司的任务是研究如何使它尽可能轻。

随着Additive Industries加入这个阵营，团队最近制作了这种卡盘的前两个原型。已经实现了30％的重量减轻，并且平台仅重约8公斤。

Additive Industries刚刚宣布了其最新的3D金属打印机MetalFab-600，该打印机使大型物体的打印更加轻松。可以通过Additive Industries的设备很好地打印晶圆卡盘和机器的其他零件。

这是在荷兰科学研究组织NWO的财政支持下完成的，目的总是要减小移动晶片台所需的力。对于ASML公司来说，每小时可以移动的晶圆数量非常重要。晶片台越轻，加速越容易，因此生产率越高，这对ASML来说具有很高的价值。

而根据3D科学谷的了解，在次之前，ASML已经具备3D打印的经验。ASML对3D打印的尝试开始于塑料领域，目前也开始在金属加以尝试。

3D科学谷Review

亚洲首台大型超级金属3D打印机MetalFAB1于2019年落户江科大海装院，为学校增添了新的“神器”。Additive Industries 的MetalFAB1打印设备，产品具有明显优势，打印生产流程一体化，自动化程度高，配备先进的管理系统，产品制造品质好，特别是模块化架构设计让一台设备可同时使用多种材料，提高了生产效率，拓展了功能配置。

而2020年11月，formnext展会期间，Additive Industries推出了新的旗舰型号MetalFAB-600。

MetalFAB-600的制造尺寸为600x600mm，高度为1000mm，是业内最大的成型体积之一，构建体积比Additive Industries当前的MetalFAB1（已提供420x420x400）大5倍。使用10个1kW激光，MetalFAB-600大幅提升了高生产率，沉积速率高达1000cc /小时。

MetalFAB-600基于MetalFAB1在稳定性和关键生产流程自动化方面的知识和经验。从粉末处理，对准和校准方面实现自动化，以确保获得最高的产量。

MetalFAB-600旨在实现最低的零件制造成本，从而替代部分高附加值铸造等加工工艺。MetalFAB-600对增材制造行业的发展至关重要，较大的构建体积为更多的应用领域和更高的生产率打开了大门。

现有的MetalFAB1（420×420）将会在简化操作和激光功率方面得到进一步发展，MetalFAB1的大型平台不仅可以制造大型零件，而且可以制造批量的小型零件，从而有助于进一步降低成本。

不过多振镜扫描成型，面对着不仅仅是多个振镜的加工挑战，还面对着如何协调与实现加工一致性的难题。包括多激光聚焦光斑定位精度、多光束无缝加工、质量控制、光学系统的稳定性控制等挑战，Additive Industries如何聚焦应对这些挑战，请参考《10集视频集中透视Additive Industries金属3D打印如何挑战规模量产》

l AMPOWER与3D科学谷正在合作面向全球欧洲、美洲、亚洲市场发布的2020年全球增材制造研发市场报告，欢迎中国企业积极参于有关3D打印领域设备、软件、材料的研发市场调查，敬请关注3D科学谷扫码参与调研。

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本期，3D科学谷与谷友通过宝马集团为新型劳斯莱斯Ghost所产业化的3D打印组件来领略未来已来的3D打印产业化。

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宝马集团将3D打印技术推向产业化

仿真提升设计与制造的自由度

根据来自德国慕尼黑宝马集团2020年12月3日的最新消息，宝马集团正朝着工业3D打印流程的系统集成迈出下一步。正如3D科学谷在《打造汽车3D打印产线，宝马牵头的IDAM计划发展情况如何？》一文中所提到的，宝马发起的IDAM旨在为增材制造业进入汽车应用的产业化批量生产铺平道路，并为德国在下一次工业革命中的制造强国地位奠定重要基石。

随着项目实施的开花结果，目前宝马已经获得了阶段性的成功。这主要包括将3D打印-增材制造技术用于车辆的开发和生产方面。宝马集团希望充分利用3D打印技术的优势-例如组件的快速可用性、实现创新设计和制造中的灵活性。

根据宝马集团生产整合和中试工厂负责人Daniel Schäfer，增材制造有助于宝马集团加快产品开发周期，从而使车辆开发更快地达到系列成熟度。借助3D打印，组件的生产时间也更短，同时可以满足高质量的要求。

 劳斯莱斯汽车的3D打印组件

自2020年年中以来，宝马集团一直在为新型劳斯莱斯Ghost（古斯特）车型通过3D打印-增材制造技术生产金属和塑料汽车零部件。这些零部件是沿着流程链在宝马全球生产网络中的不同位置制造的，并在英国古德伍德进行组装。该公司将在劳斯莱斯Ghost中安装数十万个3D打印-增材制造零件。

宝马集团为劳斯莱斯3D打印的组件。©BMW

这些组件位于车辆的车身和乘客舱中，功能强大且坚固。宝马集团已经在其位于慕尼黑的“增材制造园区”中调试了用于汽车批量生产的组件增材制造流程。在那里，塑料零件也使用了惠普的多射流喷射Multi Jet Fusion工艺制造。（延伸阅读：3D科学谷发布的《里程碑！宝马投资超1亿元的慕尼黑3D打印工厂启动》）

在兰茨胡特的宝马集团工厂，目前正在使用选区激光熔化工艺来制造金属组件。

宝马集团为劳斯莱斯提供的3D打印产品。©BMW

而在丁戈尔芬（Dingolfing）宝马集团工厂的工作网络中，有300多名经验丰富的员工制造劳斯莱斯汽车的各个车身，包括新型劳斯莱斯Ghost的车身，并为BMW Z8生产车身。

 使用创成式设计进行组件开发

即使在新的劳斯莱斯Ghost的开发初期，工程师、制造和材料专家也分析了数百个组件，并检查了使用3D打印-增材制造工艺制造的可行性。

这里的重点是：与传统方法相比，如何实现重量和几何形状方面的优势以及如何结合经济效益。在选择适合增材制造技术生产组件时，专家定义了3D打印组件的标准和要求，通过人工智能系统，该系统使BMW集团能够更快、更早地识别未来车辆中潜在的可通过3D打印来批量生产的组件。

宝马集团通过创成式设计加速产品迭代。BMW

通过使用创成式设计，借助计算机算法来设计零件，可以在很短的时间内创建复杂的形状，这对于工程师和设计师而言在以前几乎是不可能的依靠人工来完成的。创成式设计提供了人机交互的工作方式，专家和计算机一起设计组件，以便获得最优化的设计结果。

创成式设计使得许多潜在的应用变成现实，而3D打印技术特别适用于制造这些复杂的设计，这些设计在以前无法通过常规传统制造工艺生产出来。

使用创成式设计开发产品。©BMW

宝马集团为劳斯莱斯Ghost创建了经过拓扑优化的组件，这些组件的重量平均比传统组件少近50％，还可以充分利用车辆中的可用空间，一个典型示例是后挡板阻尼器的支架。

新的劳斯莱斯Ghost车型。©BMW

 宝马慕尼黑增材制造园区

自2020年6月以来，宝马投资1500万欧元（超1亿元人民币）的慕尼黑3D打印工厂正式启动，这奠定了宝马集团在汽车行业增材制造技术的领先地位。

在德国里程碑式的IDAM计划支持下，宝马慕尼黑的3D打印工厂还建设了模块化和几乎完全自动化的3D打印-增材制造生产线。增材制造生产线涵盖了从数字化设计到零件3D打印制造一直到后处理的整个过程。由于生产线的模块化结构，必要时可以升级换代，各个模块可以适应不同的生产要求，此外，可以灵活地控制工艺步骤。通过综合考虑融入汽车生产线的要求，项目合作伙伴计划将流程链中的手工部分从目前的约35％减少到不到5％。与此同时，3D打印金属零部件的单位成本应该减半。

IDAM计划每年通过3D打印制造的零件的总产量至少为50,000个系列零件，从而使宝马集团能够帮助加强德国作为3D打印先驱者的角色。IDAM计划的合作伙伴包括Fraunhofer和亚琛工业大学（ACAM研发团队成员），其他合作伙伴包括Aconity德国，GKN粉末冶金等。

ACAM总裁解释ACAM如何为复杂的增材制造导航， Schleifenbaum教授（同时是亚琛工业大学DAP学院院长）与Arntz博士（同时是Fraunhofer IPT生产制造研究所制造流程领导）
DAP学院与Fraunhofer为宝马集团发起的IDAM项目核心研发成员。ACAM亚琛增材制造中心

宝马集团目前在慕尼黑增材制造园区工作的员工达80名，大约50多台工业金属和塑料3D打印设备已经投入运营。此外，宝马在全球其他生产基地也投入使用了50多台工业3D打印系统。而根据3D科学谷的市场了解，SLM Solutions发布的配备了12台1千瓦的激光器和一个600x600x600毫米的成型舱室的最新SLM®3D打印设备-NXG XII 600，宝马集团是该设备的第一批交货用户。

更多3D打印在汽车领域的应用前景分析，请参阅3D科学谷发布的上篇-《3D打印与新能源汽车白皮书》，下篇-《3D打印与新能源汽车白皮书》，《3D打印与换热器及散热器白皮书1.0(上篇)》，《3D打印与换热器及散热器白皮书1.0（下篇）》，《铝金属3D打印白皮书1.0》，《不锈钢3D打印白皮书1.0》。

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创成式设计将激发设计师通过手动建模不易获得的思想灵感，创造出拥有不寻常的复杂几何结构设计作品。创成式设计与增材制造技术是天生的“好伙伴”。因为增材制造-3D打印技术可以将复杂的设计转化为现实，而创成式设计将进一步释放增材制造的应用潜能。

创成式设计”以及“拓扑优化”GD / TO软件的领先提供商包括Altair、PTC的Frustum、Autodesk、西门子的Solid Edge ST10。本期,3D科学谷再分享4个由新兴创业企业开发的创成式设计软件，它们的应用领域不同，但都与面向增材制造的先进设计有着密切关系。

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微课 l《创成式设计方法及应用》

各有特长的增材制造伙伴

 Diabatix –热交换设计

Diabatix是一家比利时的初创公司，提供创成式热交换组件的设计软件。Diabatix使用人工智能（AI）来驱动模型生成过程，为定制化的应用提供优化的散热器设计。除了热管理设计解决方案之外，Diabatix还提供针对客户热源、制造方法，材料和尺寸而精确优化的液态冷板。

GPU 3D打印散热器。来源：Diabatix

热设计考虑因素对于制造多种产品至关重要。复杂的产品几何形状使得通用热设计解决方案不足以适用于不同的产品。创成式热设计技术为很多特定问题提供了最佳的冷却解决方案。这些设计使压力损失、热阻和热变形最小化，并使功率、热通量和温度均匀性最大化。

 CellCore –仿生设计

骨骼之类的自然结构在支撑大载荷时非常有效，并且还具有其他所需的属性。仿生设计从自然结构中汲取灵感。例如，受鸟翅膀启发创建轻量化设计应用。通过仿生设计技术还能够赋予材料更多的功能。

德国初创公司CellCore 专为零件提供仿生设计方案，使用进化算法根据特定数据和目标参数来迭代优化设计，提供创成的计算机辅助工程（CAE）工作流，从而节省时间和成本。

材料：IN718 镍铬合金；设备：SLM®280。来源：SLM Solutions

CellCore 软件应用领域包括汽车、轨道交通、航天领域的轻量化零部件。例如CellCore与SLM Solutions密切合作，使用镍基高温合金与选区激光熔化技术，成功实现了多功能推力室的一体化成型。在3D打印推力室中，冷却管道是设计中的一部分，并在同一生产过程中与整个腔体一起成型。一体化的火箭发动机，结合喷射器和推力室，将众多的单个部件简化为一个只有通过激光选区熔化工艺才能实现多功能集成的轻量化结构。CellCore公司所开发的内部结构遍布整个火箭发动机，不仅适用于传热，而且提高了构件的结构稳定性。

 ParaMatters-多材料设计

ParaMatters是一家美国初创公司，致力于开发基于云的平台创成式设计和先进制造。ParaMatters 开发名为CogniCAD的软件，该软件可提供新零件的创成式设计与现有CAD模型的拓扑优化。除了根据施加的应力自动优化多孔内部介观结构的功能外，他们还公开了一种多材料拓扑优化功能。

铝/钛多材料零件（下图，红色=钛，灰色=铝）。来源：ParaMatters

右1为金属3D打印零件。来源：ParaMatters

CogniCAD的核心是一组专有功能，这些功能基于给定负载和合规性约束的应力分布的有限元分析来分析和优化零件设计。为了进行此类分析和优化，必须将模型离散化为具有小体积元素的网格，这种离散化过程类似于体素栅格化，CogniCAD已经具有向网格元素分配各种材料的功能，并且已经对材料组合的界面强度进行了一些假设。

 Hyperganic-体素级3D打印设计

德国软件企业Hyperganic 开发了一种面向增材制造的体素级设计软件，消除了STL文件的设计约束。Hyperganic 通过算法自动生成零件，用于创建复杂功能性的仿生结构。

由算法生成的3D打印火箭发动机原型。来源：Hyperganic/de zeen

图中的3D打印火箭发动机原型正是由Hyperganic 设计的，制造材料为Inconel 718，发动机内部外部的材料密度不同，内部结构非常坚固，而外部为轻量化的多孔结构。

火箭发动机原型3D打印/EOS M 290。来源：Hyperganic/de zeen

设计背后的原理是：通过数学算法进行设计，没有任何CAD模型。3D打印火箭发动机模型是通过数字进化过程创建的，进化过程中的算法将生成数百种变体模型，软件将对这些模型进行物理仿真验证，筛选出最适合的模型。最终得到的3D打印火箭发动机设计，具有与人工设计完全不同的外观。

面向增材制造的零部件往往非常复杂，通过传统CAD软件实现起来变得困难。Hyperganic 通过可在CAD 中浏览的体素级3D模型来解决这一困难。Hyperganic 的商业模式也具有创新性，他们不出售软件，但会为客户提供成功的打印参数，这可能意味着Hyperganic 为客户创建收入共享的模型。

3D科学谷Reivew

很多人以为创成式设计是拓扑优化或程序建模的一个分支。但实际上，创成式设计是一个人工智能驱动的流程，利用云来通过探索成千上万的建模可能性来推动创新设计，而不是简单地从原来的设计方案中探索如何减少材料。拓扑优化（Topology Optimization）是对给定的模型进行分析，常见的是根据边界条件进行有限元分析，然后对模型变形或删减来进行优化。

了解更多创成式设计在面向增材制造的先进设计中发挥的作用，请前往文章上方微课，或前往《专栏 l 个性化设计、参数控制变化、轻量化，三大案例看创成式设计的应用价值》，《设计和制造一体化，自动化的承诺始于创成式设计》，《一文看懂影响3D打印的软件有哪些？》。

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主题

创成式设计方法及应用

分享嘉宾

张效军

北京安世亚太科技股份有限公司

先进设计与制造高级技术专家、创成式设计专家，创新咨询专家。

本期亮点

以全面的视角理解创成式设计；

随形晶格的设计方法、TPMS建模方法、通过受力直接查找优化几何形状的方法、创成式设计如何做系统级正向设计。

来源：安世亚太

创成式设计（Generative Design）也称为“生成式设计”或“衍生式设计”，也有的称其为“算法辅助设计”或“计算性设计”，建筑领域的人们习惯称之为“参数化设计”。这种设计方法在最近的十年中在建筑和视觉艺术领域都得到了广泛应用，近两年此方法已经扩展到产品造型设计应用。

由于创成式设计与计算机技术的深度结合，各大CAD厂商也看到其在产品结构设计方面的潜力，纷纷推出基于拓扑优化算法的零件级别的创成式设计功能，开始了设计过程的数字化转型。但这种转型并不彻底：首先拓扑优化不能支撑产品系统（包括子系统）级别的设计；其次，拓扑优化的前端边界条件的设置以及后端的几何光顺处理等等都还是人机交互式的传统建模方法。

而随着制造技术的进步，特别是增材制造技术的成熟，工程师们需要更加灵活和功能强大的设计方法和工具给他们赋能，帮助他们更好地设计产品以满足用户多种多样的需求，以更快的速度实现设计迭代。

创成式设计能够创造出手动建模所不易获得的设计方案，它们拥有复杂几何结构，而增材制造技术在工业制造中的应用优势之一是制造复杂的结构，可以说创成式设计与增材制造技术是天生的“好伙伴”，创成式设计将进一步释放增材制造的应用潜能。

来源：安世亚太

创成式设计绝不仅仅是拓扑优化，而是一种支撑整个正向设计过程的系统性的数字化方法。通过创成式设计，工程师们能够把各种系统关系直接融合进设计建模过程中来，还可以自主地运用众多的成熟算法，如参数化系统、形状语法、L-系统、元胞自动机、拓扑优化算法、进化系统和遗传算法，各种仿生算法和AI来辅助设计和建模过程，以帮助实现各类设计目标，甚至可以直接与物理世界交互，通过数字孪生模型辅助设计和验证过程。这将是设计范式的变革，这一范式变革通过数字化和模型化，以更少的能量，以信息换能量或信息换物质的方式来减少和消除不确定性，进而大大提升开发效率。

本期微课以较全面的视角对创成式设计做一个综述，并介绍安世亚太提出的创成式设计的方法流程，并通过一些实例展示创成式设计方法在产品设计中的应用潜力。

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可在城市道路上行驶的轻型赛车BAC Mono。来源：Autodesk

 个性化与轻量化

BAC Mono是一款轻型赛车，由于能够满足对行人和安全保护的法律要求，也可以在城市街道上行驶。BAC Mono 配有4缸2.3升涡轮增压发动机，可提供332马力的动力，虽然马力并不是特别强大，但受益于轻盈的车身重量，仅需2.6秒即可将速度从零加到60英里/小时，最大速度达170英里/小时。

每辆BAC Mono的成本25万美元，而由于成本高、制造数量少，3D打印技术成为部分零部件制造的合理方式。新型BAC Mono约有40个部件是3D打印技术制造的，包括前灯、后视镜、后灯罩等。

BAC Mono的制造商属于专门从事定制车辆的小型汽车制造企业，有的零件每年仅需要生产30-50个，并且车辆中还有一些零部件是为客户专属定制的，例如方向盘、脚踏板等。而3D打印技术为这种小批量或高端定制的需求，提供了一种经济、快速的制造方式。

除此之外，创成式设计技术使得零部件实现个性化定制设计变得更加容易，创成式设计与3D打印可以相互增强，两种技术的结合，将能够制造出比传统设计更为复杂的零部件。

不过有意思的是，通常那些通过创成式设计自动生成的“惊艳”设计作品，其复杂形状几乎只有对复杂性不敏感的3D打印技术才能制造出来，但在BAC Mono 汽车零部件的设计中，设计师们考虑了制造的经济性，因此通过该技术设计了可机械加工的零部件，例如汽车轮毂。在设计中使用的软件为Autodesk Fusion 360。

创成式设计生成的轻量化轮毂，加工方式：机械加工。来源：Autodesk

BAC Mono的轮毂属于需要批量生产的产品，因此采用更成熟的传统工艺，可带来成本上的优势。设计师设计时施加了限制条件，得到了适合5轴CNC铣床加工的轮毂，但是创成式设计生成的铝合金轮毂，比标准轮毂的重量减轻了35％，每个轮毂仅2.2公斤。

BAC 希望通过创成式设计技术，在汽车零部件轻量化设计方面做出更多创新，下一步的实现方向是悬架系统和底盘部件，但并未透露是否将3D打印作为这些零部件的制造技术。

 3D科学谷Review

BAC 联合创始人兼设计总监伊恩·布里格斯（Ian Briggs）表示，如果不给创成式设计任何限制条件，那么最终只能得到适合3D打印制造的结构。但考虑到制造的经济性，创成式设计生成的设计结果就需要向适合传统制造技术的方向进行折衷。

在本文的案例中，BAC MONO 的轮毂是通过创成式设计生成并通过传统机械加工技术制造的。然而即使是3D打印的零部件，一旦放到整个制造工艺中进行全盘考量，也需要在最初设计时就考虑到打印之后的后处理工艺，尤其当金属3D打印零件还需要进行机械加工时，3D打印技术与传统制造技术的衔接与设计折衷，是一个无法避免的话题。

针对这个问题，欧特克已发布的Fusion 360 软件2.5轴*版本提供了一种解决方案，该软件主要用于生成突破铣削约束的3D打印设计，使用户能够将3D打印与传统的CNC铣削实现更好的结合，这些设计打破了我们对创成式设计所熟悉的“仿生学外形”，而是外形上看上去更接近传统的设计。

增材制造-3D打印和3轴以及5轴铣削加工之间具有各自的特点，这些特点使得这两者之间似乎隔了难以逾越的“鸿沟”，而2.5轴版本使得任何拥有数控铣床的人都可以使用这种“折衷”的设计来进行加工。在3D科学谷看来，这种方式，以智能化的设计手段，打通了3D打印技术与后续机械加工工艺衔接的“最后一公里” 。

深入了解汽车零部件增材制造，请点击查看《3D打印与新能源汽车白皮书》或前往3D科学谷3D打印产业链QQ群（群号：529965687），群文件-白皮书文件夹中下载完整版pdf白皮书。

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