『安世亚太官方』安世亚太带您走进3D打印时代：增材制造的先进设计案例与完整流程：安世亚太带您走进3D打印时代：增材制

_本文原题为：安世亚太带您走进3D打印时代：增材制造的先进设计案例与完整流程
3D打印-增材制造的一大潜力是可以制造复杂设计的产品，使得很多我们原来所熟悉的产品变得跟原来的设计相比零件更少，材料更少，具备同样甚至更好的力学性能，可以说增材制造为设计师们打开了一个全新的领域。
在增材制造的加工工艺中，设计师可以更多的去关注这个产品要实现的性能目标是什么？可以设计一个具有相同功能特性的产品而使用较少的材料吗？怎样获得成本节约？正是增材制造的灵活性使得零件正变得越来越复杂、更集成、更轻，同时满足产品的性能要求。
本期专栏通过介绍基于拓扑优化的先进设计经典案例来理解发挥增材制造潜力的设计特点，并通过安世中德介绍的面向增材制造的先进设计完整过程的介绍来分享仿真优化为核心的增材制造设计思维。
案例：通讯卫星支架结构经过拓扑优化的再设计，去掉了44个铆钉成为一体化结构，重量减轻了35% ，而刚性却提高了40% 。

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案例：机器人机械臂的增材设计流程在ANSYS平台下完成，对其两个机械臂部件进行设计优化，流程包括拓扑优化、结构光顺、模型验证，并通过3D打印制造。优化结果在最大应力和最大变形相当的情况下，重量减少了40% 。

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一个完整的面向增材制造的先进设计流程通常包括如下几个步骤：
Step1
拓扑优化：确定概念设计。
Step2
后拓扑结构设计：包括模型光顺处理、实体化、点阵结构设计等。
Step3
设计验证：对设计方案进行性能仿真，确定其符合设计要求。
Step4
参数优化：在设计验证的基础上进一步进行详细的设计优化和定型。

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拓扑优化
拓扑优化基于已知的设计空间和工况条件以及设计约束，考虑工艺约束，比如增材制造的悬垂角，确定刚度最大、质量最小的设计方案。它通过计算材料内最佳的传力路径，通过优化单元密度确定可以挖除的材料，最终的优化结果为密度分布：0（完全去除）~1（完全保留）。拓扑优化革新了传统的功能驱动的经验设计模式，实现了以实现产品性能驱动的设计，成为真正的正向设计模式。

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图片来源：on3dprinting.com
拓扑优化的成熟产品比较多，如ANSYSTopology、Genesis、optiStruct、SolidThinking、Tosca等。根据3D科学谷，随着3D打印对拓扑优化工具需求的发展，市场上还出现了基于云的拓扑优化软件，例如ParaMatters的CogniCAD和Frustum的Generate（被PTC收购）。
后拓扑结构设计
拓扑优化仅仅给出材料分布的概念设计，在拓扑优化概念设计模型的基础上，应用专业的后拓扑模型处理技术进行后拓扑模型处理，在最大限度保留拓扑优化结构特征的基础上形成符合力学要求、美学要求以及装配要求的最终设计模型，并根据需要对其进行参数化以利后续参数化详细设计。
后拓扑模型处理的关键环节如下，根据需要选择具体步骤。
Step1
拓扑优化结果（保留材料区域）输出STL格式。
Step2
片体模型处理(清理、修复、光顺、逆向工程等) 。
Step3
实体建模操作：点阵结构设计、实体化、模型重构等。
Step4
模型参数化（如果后续需要进行参数优化）。