1.8 基于增材制造的创新设计《增材制造技术》教学课件

3D打印认知与实践1.8基于增材制造的创新设计1.增材制造带来设计的革命基于增材制造的创新设计制造传统工艺所不能01轻量化02个性化03一体化多件融合04复杂结构、随形05全新材料、梯度功能06复杂表面设计07按需生产08分布式生产09

增材制造为自由设计/创新设计提供了更大的可能性。1）增材制造不仅仅是制造手段，它是将设计想法转化为产品的途径2）从工艺约束的设计转变为基于性能的设计3）改变设计理念成为必然，面向增材的设计（DfAM）是先进设计的方向1.增材制造带来设计的革命基于增材制造的创新设计2.增材意识基于增材制造的创新设计（1）增材意识增材工艺是革命性的工艺，为革命性的设计提供了可能，是制造业的未来。作为企业，应高瞻远瞩、发展的眼光，增材应用和布局的意识是企业未来发展的基石。作为设计师，需要了解增材的特点和价值，在产品设计中有意识评估增材应用可行性，在增材适用的情况下，优先采用增材。有意识应用增材，但并不代表什么都用增材。2.增材意识基于增材制造的创新设计（2）实事求是讲究实际增材技术潜力巨大，但有其发展过程，要考虑特定时期技术的局限性增材意识潜台词：不为增材而增材，适合增材才增材增材思维意味着：不排斥其它工艺手段，现阶段增材并不是代替传统工艺，而是补充一个合理的设计，应该是面向最适用的工艺方法开展的（3）需要进行增材的评估和决策3.增材设计的决策基于增材制造的创新设计（1）材料可行性（2）尺寸可行性（3）增材的价值体现轻量化定制化复杂结构/流道一体化特殊材料增材设计潜力识别来源于ISO/ASTM

52910:2017(E)

Standard

Guidelines

for

Design

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Additive

Manufacturing4.增材设计中的创新意识基于增材制造的创新设计增材代表的是效法自然生长法则的制造思想，是一种自由制造的理念和方法论。增材制造思想启发我们：设计的终极模式是效法自然，不需过多地向工艺妥协，回归需求本源，是由产品性能驱动的正向设计。如何实现物尽其用，最优化地实现产品功能成为增材设计的第一要素，要敢于创新和突破。性能驱动的设计：轻量化、仿生、个性化、一体化、力学最优化、创意设计。轻量化支架个性化点阵鞋中底飞机扰流板仿生设计一体化挖掘机斗杆结构共享/受力共担导弹舱体创成式设计轮毂5.增材设计中的创新设计方法基于增材制造的创新设计03人的创造力

永远不能忽视人的创造力、经验和参与02拓扑优化：基于力学规则的创成式设计基于力学性能要求确定概念设计外形，计算可以移除的材料01创成式设计：通过一定的算法规则自动生成产品设计模型的设计方法基于几何规则，相同几何变量和规则相互作用，生长出成千上万种结构形式，创造出千变万化的创新设计，进行设计空间的探索6.基于增材思维的设计流程基于增材制造的创新设计设计充分考虑增材制造的工艺要求增材制造的可行性：材料/尺寸/工艺限制控制制造成本：少支撑/免支撑保证制造质量：特征尺寸约束、控形控性设计设计充分发挥增材制造的优势定制化/个性化轻量化复杂结构/内部通道功能整合/多件融合/一体化复杂材料/梯度功能/材料混构美学/外观/表面装饰设计流程7.增材先进设计流程基于增材制造的创新设计（1）设计需求Step1：设计探索/概念设计：创成式设计/拓扑优化Step2：初步设计：设计取样/结构设计Step3：详细设计：设计验证/改进/定型制造—3D打印Step

1Step

2Step

3初步设计：

设计取样

模型重构

结构设计详细设计：

设计验证分析

设计改进

参数优化3D打印设计探索/概念设计：

设计空间、设计目标

创成式设计

拓扑优化8.先进设计之我见基于增材制造的创新设计优化设计的技术理念04优化不一定强求最优，而是寻求更优，在允许的时间内得到可接受的改善方案即为优化。优化不是炫技，是要务实，将设计软件、仿真软件、人的经验和智慧进行组合，不追求采用最复杂的技术，以最高效的手段达到目标就是好的方案，哪怕这种方案看上去很简单、很原始。仿真优化应用的核心要素03具备创新和改进的原动力，开拓精神/前瞻眼光/竞争压力。经验丰富的设计工程师、工艺工程师、仿真/优化工程师。先进的软件工具。不能过度依赖软件02软件不可能解决所有问题，一键式的全自动优化设计是不可能的。人的经验、对产品、设计和制造的理解至关重要。合格的设计师+先进的仿真/优化/设计工具才是进行优化设计的关键。不能忽视技术：先进的软件技术是提升工作效率的重要工具。01概念设计、模型重构、性能验证、快速寻优9.应用案例基于增材制造的创新设计（1）应用案例1—轮毂结构创成式设计按照特定的形状变化规则编码，随参数变化生成特定类型的轮辐样式打包算法，开放可调参数给用户，并把设计程序放到云端，就可以实现用户参与的创成式设计

9.应用案例基于增材制造的创新设计（2）应用案例2—飞机扰流板优化设计模型长1220mm，宽426-470mm，6个接头与其他部件连接结构在蒙皮上侧施加20000Pa的均布载荷材料：铝合金条件如下：

1）满足设计要求中所述设计空间与非设计域要求。2）满足设计要求中的约束条件与载荷条件。3）设计目标：轻量化设计，即重量尽量轻。4）设计约束：线弹性设计强度约束：线弹性应力不超过给定抗拉强度。设计空间10.基于ANSYS平台的增材先进设计一体化平台基于增材制造的创新设计

增材先进设计一体化平台统一集成于ANSYSWorkbench环境，在该环境下实现了增材设计与工艺设计仿真各关键技术模块的流程集成与无缝数据传输。先进设计11.总结基于增材制造的创新设计基于增材思维的先进设计工作流程：1）先进设计理念—正向设计2）仿真成为设计的前端技术3）从设计的最早期发现并解决设计缺陷4）增材制造为正向设计提供了工艺基础概念设计设计定型性能验证增材工艺设计增材工艺评估打印准备与打