考慮加速度情況下的受力，CogniCAD拓撲優(yōu)化CAD設計平臺更進一步

魔猴君  行業(yè)資訊   2134天前

ParaMatters 拓撲優(yōu)化設計平臺CogniCAD以優(yōu)化的材料需求來生成滿足負載要求的結構件，該設計比標準拓撲優(yōu)化所得到的設計結果重量輕20%，并且設計過程無需通過設計師手動建模以及迭代。

考慮動態(tài)環(huán)境下的受力

如今CogniCAD軟件平臺又得到了進一步的發(fā)展，最近CogniCAD發(fā)布了一系列創(chuàng)新和前沿的更新，所有這些都是針對3D打印的拓撲優(yōu)化設計方法。CogniCAD現在集成了一系列不同的負載類型，用戶可以將這些負載類型應用到他們的模型中，以確保該部件能夠承受它在現實運行中所承受的物理壓力。

CogniCAD考慮了許多類型的負載計算，包括力量和壓力，以及加速度情況下的受力。CogniCAD加速度情況下的受力對航空航天業(yè)非常重要，不僅如此，CogniCAD還增加了熱負荷條件下的負載計算。

之前的CogniCAD版本只有一個用于拓撲優(yōu)化設計探索的選項：指定體積下最小化結構柔順性（即最大化剛度）*，這需要用戶指定部件的體積函數以生成優(yōu)化的拓撲結構。根據魔猴網的了解，這不是工程應用的最好方式，因為用戶并不確切知道最好體積分數，在某些情況下，體積分數的變化對實現目標沒有幫助，因為剛度和強度的設計要求是不同的。新的CogniCAD版本中，用戶只需指定其設計目標 – 比如在某些應力約束下最小化質量，該零部件將在不違反任何應力約束的情況下進行優(yōu)化。

通過與航空航天公司的合作伙伴一起，ParaMatters 實際測試了壓力約束設計解決方案，并且得到了理想的結果。目前，CogniCAD的用戶能夠指定剛度和應力約束以得到優(yōu)化的設計。ParaMatters并不滿足于此，他們還在進一步開發(fā)軟件使得軟件將具有考慮振動環(huán)境和設置變形約束功能。（此項更新預計將于2019年2月推出。）

CogniCAD的一個顯著功能是特征尺寸控制，可確保使用該軟件生成的設計始終可根據優(yōu)化的構件尺寸和殼厚進行制造。并且這些設計是根據3D打印的工藝特點而生成的，在通過CogniCAD平臺產生的所有設計中，所有這些設計都是可制造的。

除此之外，Paramatters解決了CogniCAD的介觀結構優(yōu)化功能，CogniCAD能夠生成針對相關部件量身訂制的內部幾何形狀，以滿足應力的要求。

對于粉末平臺金屬3D打印，一個普遍關心的問題是如何從3D打印部件上除去粉末?，F在的普遍解決方案是設計幾個粉末出口，在部件上打幾個洞。所以在設計過程中需要讓腔體之間盡量相互連接，因此通過添加幾個孔，可以將粉末排出。

CogniCAD還提供多材料3D打印建模支持，多材料金屬3D打印就是其中的一個例子，簡而言之，該軟件使用戶能夠將不同的金屬分配給組件的各個部分，以優(yōu)化強度，同時降低材料成本。例如，一部分可以由強度高的鈦制成，而另一部分可以由強度較低的鋁制成。在CogniCAD平臺中，多材料設計可以在3D建模過程中實現可視化。

根據魔猴網的了解，CogniCAD目前已經有四五個大用戶 – 包括福特和大眾，也有GE Power和其他公司。現在CogniCAD已經向公眾開放，已經有大量用戶注冊了。

關于商業(yè)模式，CogniCAD是基于云的應用程序，用戶需要在線支付軟件服務的租賃費用。對于使用私有云的公司，Paramatters可以在其私有云上安裝該軟件。

就在2018年12月，PTC宣布收購拓撲優(yōu)化設計軟件公司Frustum Inc.，通過Frustum的Generate拓撲優(yōu)化軟件，對部件的材料分布進行了優(yōu)化，最終在實現零部件功能的前提下保留盡可能少的材料。除此之外，通過光滑和混合表面的處理降低應力。由Frustum 軟件生成具有適合3D打印的幾何形狀的模型。Frustum的拓撲優(yōu)化設計技術是對PTC Creo產品組合的變革性補充。

ParaMatters 的拓撲優(yōu)化設計平臺CogniCAD與Frustum的Generate拓撲優(yōu)化軟件平臺的特點十分相似：根據部件性能要求的材料優(yōu)化分布設計、針對3D打印而設計、基于云的軟件平臺。

與CogniCAD相似的是，Generate平臺是為制造業(yè)的設計所服務的，平臺所產生的無縫設計特點使的產品輕松得到最好的剛性，并且在不同載荷下分配材料。光滑和混合的表面，減少重量，并盡量減少應力集中，從而使設計優(yōu)化完成后就適應3D打印，而不需要手動重新設計。

當然，市場上通常把拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）與創(chuàng)成式設計（Generative Design）大量場合二者都是混為一談的，但細究起來創(chuàng)成式設計（Generative Design）是根據一些起始參數通過迭代并調整來找到一個（優(yōu)化）模型。拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）是對給定的模型進行分析，常見的是根據邊界條件進行有限元分析，然后對模型變形或刪減來進行優(yōu)化。

創(chuàng)成式設計（Generative Design）是一個人機交互、自我創(chuàng)新的過程。根據輸入者的設計意圖，通過”創(chuàng)成式”系統，生成潛在的可行性設計方案的幾何模型，然后進行綜合對比，篩選出設計方案推送給設計者進行最后的決策。

通俗理解創(chuàng)成式設計是一種通過設計軟件中的算法自動生成藝術品、建筑模型、產品模型的設計方法。創(chuàng)成式設計是一種參數化建模方式，在設計的過程中，當設計師輸入產品參數之后，算法將自動進行調整判斷，直到得到最優(yōu)化的設計。目前比較著名的創(chuàng)成式設計軟件包括歐特克的Within，歐特克的Dreamcatcher，西門子的Solid Edge ST10等。

目前ParaMatters和Frustum所提供的更多的是拓撲優(yōu)化設計技術而并非創(chuàng)成式設計技術。

來源：中國3D打印網