直覺(jué)式設計平臺加速3D打印過(guò)程

　　全球正在出現以信息網(wǎng)絡(luò )、智能制造為代表的新一輪技術(shù)創(chuàng )新浪潮。而在這一浪潮中，傳統的行業(yè)界限將消失，并會(huì )產(chǎn)生各種新的領(lǐng)域和業(yè)態(tài)。這個(gè)新型的產(chǎn)業(yè)鏈將使制造業(yè)不再僅僅是硬件制造的概念，而將更多地融入軟件技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、現代管理技術(shù)與新的服務(wù)模式。這個(gè)過(guò)程，美國叫工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，德國叫工業(yè)4.0，而中國則稱(chēng)為中國制造 2025。

　　《中國制造 2025》將作為中國制造業(yè)未來(lái)10 年設計頂層規劃和路線(xiàn)圖，以信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數字化網(wǎng)絡(luò )化智能化制造為主線(xiàn)。中國制造業(yè)轉型需要跨界與平臺思維，再到工業(yè)4.0制造與服務(wù)，中國工業(yè)4.0 可拓展的空間實(shí)際上非常大。而要把“智能制造”作為制造業(yè)轉型升級的重要突破口和抓手，軟件是主要的核心。

　　3D打印助力中國制造2025

　　近幾年間，國內3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，應用領(lǐng)域也隨之不斷拓展。在“中國制造2025”戰略規劃中，3D打印也被列為關(guān)鍵技術(shù)之一，將為中國制造業(yè)注入新動(dòng)能。3D打印作為智能制造的主要支撐技術(shù)，已經(jīng)從快速原型制作發(fā)展到金屬零件制造，從增材制造到增材和切削加工集成，從單一材料到多種材料。為產(chǎn)品設計創(chuàng )新開(kāi)辟了廣闊的空間，設計師可以專(zhuān)注于產(chǎn)品的功能和性能的開(kāi)發(fā)，無(wú)需考慮如何去制造。

　　據相關(guān)數據顯示，2017年國內3D打印市場(chǎng)規模將突破100億美元，產(chǎn)業(yè)規模及應用領(lǐng)域將逐步拓展，其中包括航空航天、汽車(chē)、醫療、模具等領(lǐng)域。相對于傳統減材加工方式，3D打印為制造業(yè)提供了新的選擇和路徑，將在產(chǎn)品設計及制造環(huán)節帶來(lái)新的創(chuàng )新，為國內制造業(yè)轉型升級提供助力。

　　其中在原型制作方面，3D打印能夠快速實(shí)現原型制作，從而大大縮短研發(fā)及驗證時(shí)間。使得企業(yè)能夠快速生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品。另一方面，在制造生產(chǎn)環(huán)節，由于受限于傳統加工工藝限制，之前很多想法都無(wú)法實(shí)現。有了3D打印技術(shù)之后，人們的想法及創(chuàng )意能夠更加容易地實(shí)現并制造出來(lái)。未來(lái)隨著(zhù)技術(shù)不斷突破，3D打印將在高科技、國防等諸多領(lǐng)域取得更加廣泛的空間。Pidex提供的3D建模和3D打印解決方案，使得企業(yè)不用再購買(mǎi)昂貴的軟件，或者依賴(lài)CAD工程師進(jìn)行反復調整的流程，直覺(jué)式的界面和強大的功能，使得Pidex用戶(hù)可以很方便的操作模型，加速他們快速原型制作和增材制造的過(guò)程。

　　打破3D設計與3D打印之間的界限

　　我們都知道，3D打印是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構造物體的技術(shù)。其中，模型數據處理及優(yōu)化是3D打印的前提條件。僅僅有了3D模型也不能保證一定打印成功，因為打印工程師還有很多工作需要做才能保證打印成功：進(jìn)行幾何模型可打印性分析，包括檢查最小的壁厚，去除細小特征，連接性檢查，支撐的添加;導入數據如STL模型的清理和檢查，避免自相交，保證模型封閉;對STL模型的分割，以減少打印件的尺寸或是需要分色打印，還需要設計拼接的搭扣;還有些零件需要進(jìn)行輕量化處理變成中空，以減少材料消耗，縮短打印的時(shí)間，同時(shí)還得保證強度。

　　通常，3D打印工程師不得不反復和產(chǎn)品設計師溝通并傳遞模型，編輯和修復模型以保證打印的成功。這導致整個(gè)過(guò)程的冗長(cháng)和緩慢，使得由設計到快速原型制作和增材制造的過(guò)程變得困難，延后了制造的時(shí)間。

　　面向增材制造的設計

　　以3D打印為典型的增材制造技術(shù)的出現，極大的擴展了可制造工藝性，即使是模型最復雜的產(chǎn)品也能通過(guò)3D打印制造出來(lái)，這無(wú)疑極大釋放了設計潛能，尤其是在航空、航天軍工等重量敏感的領(lǐng)域，設計人員可以只專(zhuān)注于產(chǎn)品本身，可以設計任何結構的產(chǎn)品，而不需要考慮制造工藝的局限。設計師借助于專(zhuān)業(yè)仿真分析軟件的拓撲優(yōu)化功能，輸入給定載荷與工況就可以得到滿(mǎn)足性能要求的最優(yōu)的且具備輕量化特點(diǎn)的模型。但是分析軟件生成的優(yōu)化模型通常是STL的小面片模型，還需要光順處理以及調整才能進(jìn)行3D打印，這也對設計師提出的新的挑戰。

　　在3D打印過(guò)程中，從產(chǎn)品設計到3D打印需要用到不同的軟件及數據，從而使得打印過(guò)程低效甚至會(huì )出現錯誤。在產(chǎn)品設計階段主要采用CAD軟件進(jìn)行建模，并轉化成STL文件輸出至3D打印設備。3D打印設備接收到STL文件之后，采用切片軟件進(jìn)行優(yōu)化打印。然而，CAD軟件建模能力強，3D打印模型準備能力弱。相反，3D打印編程軟件可切片生成軌跡，但3D建模能力弱，模型數據修改具有局限性。為此，湃?？萍纪瞥隽薖idex直覺(jué)式設計平臺，致力于打破二者之間的銜接鴻溝，使得打印過(guò)程更加高效。

　　Pidex直覺(jué)式設計平臺由ANSYS SpaceClaim和PISX公司共同打造，是一款可以由任何工程師使用的易用和強大的設計平臺。Pidex采用直接建模與參數化相結合，直接建模為基礎，輔以參數化建模?？梢允谷魏稳藙?chuàng )建、編輯或修復幾何模型而無(wú)需擔心數據來(lái)源。另外，Pidex還能夠對3D打印所需要的工藝補充進(jìn)行處理，例如壁厚檢查、晶格設計等。因此，采用Pidex會(huì )讓使用3D設計變得快捷、容易、柔性和有價(jià)值。

　　打印前的分析、清理和修補

　　不同于其他的3D打印軟件，Pidex獨一無(wú)二的混合模型，可以在同一環(huán)境中處理CAD模型和小面片模型，提供完整的工具用于模型編輯和創(chuàng )建，可以通過(guò)新的幾何，用以增加、移除和改善小面片模型。對導入的STL模型，可直接進(jìn)行分析和清理，發(fā)現和即刻修復這些缺陷，包括不一致的面法向方向、面片自相交、模型不封閉以及其他可能導致打印失敗的問(wèn)題。

　　用戶(hù)使用彈性的關(guān)鍵是能直接在STL模型上進(jìn)行操作，3D打印模塊允許用戶(hù)：去除細小的特征、填縫隙、光順;分割STL模型用于多材料的打印，賦予不同的顏色;進(jìn)行布爾運算，融合STL與STL模型或實(shí)體;可打印性分析：壁厚、支撐檢查等;創(chuàng )建連接結構以便后續零件拼接，添加支撐結構等;重新構建零件、將特征安排到更好的位置，調整過(guò)薄的壁厚以便優(yōu)化打印。

　　輕量化處理

　　輕量化設計也是打印流程中很關(guān)鍵的步驟。對于快速原型制造，少的材料意味著(zhù)少的打印成本，少的運輸成本和更快的打印時(shí)間。Pidex提供多達11種2D和3D的晶格類(lèi)型，設計師可以根據需求方便的定義晶格抽殼的形式和尺寸，從而達到輕量化的目的。

　　面向增材制造的拓撲優(yōu)化建模

　　專(zhuān)業(yè)分析軟件(如Ansys)的拓撲優(yōu)化技術(shù)允許用戶(hù)指定材料體積上的支撐點(diǎn)和載荷點(diǎn)位置，設置邊界條件并讓軟件找出最佳形狀。這種優(yōu)化結果模型往往都是STL模型，可以導入Pidex中進(jìn)行結構的調整和光順，例如指定精確的孔位，指定參考的傳統模型，利用Pidex的收縮包絡(luò )功能，可以快速進(jìn)行擬合，得到所需的光順模型，再根據設計需要調整后就可以進(jìn)行3D打印。

　　Pidex的直覺(jué)式操作界面允許用戶(hù)比原來(lái)更快更有效的創(chuàng )建、編輯3D概念設計，并準備3D模型用于3D打印，它不僅能高效和易用的修補模型，同時(shí)還能修改STL和CAD模型以調整創(chuàng )意。Pidex的3D打印模塊也把直覺(jué)式的界面、快捷和互操作性擴展到了3D打印領(lǐng)域。