Altair OptiStruct®为3D打印的网格结构带来变革

Altair OptiStruct®为3D打印的网格结构带来变革

    2015 年2月26日，TROY（美国密歇根州）/美通社/—— Altair宣布推出 OptiStruct® 求解器的最新功能，新功能将拓扑优化支持范围扩大至增材制造，即 3D 打印。OptiStruct 技术备受赞誉，用于进行拓扑、形貌、尺寸及形状优化，是计算机辅助工程 (CAE) 套件 Altair HyperWorks® 的一个组成部分。
    3D 打印功能的独特性在于，它能够利用叫做网格结构的微小单元制造具有复杂外部几何结构的中空形状。如今，OptiStruct 扩展了拓扑优化支持范围，将其用于辅助实心网格结构与平滑过渡性材料体积的高效混合。网格结构的性能可以通过拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转及疲劳寿命进行测试。之前，网格结构设计师们没有这样的工具，如今这项新技术让他们如愿以偿。现在，OptiStruct 可通过进行CAE分析实现结构高效的最佳材料分布。
    各行各业很早便采用拓扑优化技术来构建结构高效的轻量型创新设计。该技术尤其适合与3D打印结合使用，因为拓扑优化能够制作出自由形态的有机结构，而这样的结构用传统制造方法通常很难甚至是无法实现。因而，由于受到特定生产流程的限制，优化设计概念的效率还可能会失效。3D打印提供了前所未有的形态制作自由度，它与拓扑优化技术相结合，在保持结构完整性及性能属性的同时还使设计表现出更高创造性。
    “3D打印提高了产品设计的结构自由度，增加了形状及拓扑的复杂性，并且保证了定制产品的高效生产，同时由于无需加工，制造过程也得到大大加速，”Altair 首席技术官 Uwe Schramm 说道，“拓扑优化最大限度地提高了设计自由度，使复杂的自由形态结构开发、无缝的个体设计、更短的设计过程以及最佳的3D打印结构都成为现实。”
    Altair 正与Materialise 等合作伙伴共同致力于提高3D打印的数据传输效率。网格结构可能包含成千上万个网格单元，所以传统的STL文件传输很可能成为整体流程的一个巨大障碍。软件包（如 Materialise的3-MaticSTL）专门用于改进某一特定网格组件，以满足3D打印流程的各种要求，并在必要时创建支撑结构。
与同类竞争技术不同，OptiStruct并非简单地将网格结构应用于现有的几何结构，而是让设计师亲自确定最佳的材料配置及网格结构。优化技术可在材料配置及优化网格结构之前，确定设计中需要材料之处和不需要材料之处。
    OptiStruct 对网格结构的优化分为两个步骤。第一步，运用标准拓扑优化，增大中间密度多孔材料的用量。然后，多孔区域被转化为具有多种材料体积的显式网格结构。第二步，优化网格单元的大小。最后得出具有实心部件及不同材料体积网格区域的结构。
    材料密度以及部件性能之间的关系还有待探索，例如刚度体积比，此二者的关系可影响产品开发早期做出的设计选择。而多孔性作为对生物医学植入物的功能性要求，也尤为重要。网格区域对产品的成功开发可能至关重要，因为在产品开发过程中，对产品的要求不仅仅是刚度。
    在某些应用中可能需要考虑进行屈曲行为、热性能、动态特性以及其他方面的测试，而所有这些方面均可得到优化。借助OptiStruct，用户可以根据优化流程结果来控制材料密度，同时就强弱、实心与空心及网格结构对设计进行比较。设计师首先定义目标，然后执行优化分析，从而为设计提供有用信息。

文/Altair