基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計 課件 第0-2章 緒論、現(xiàn)代設計方法概述

基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計

第一章增材制造技術引發(fā)的革命增材制造技術引發(fā)的革命

目錄增材制造技術簡介增材制造的優(yōu)勢增材制造在生產(chǎn)領域的典型應用增材制造技術引發(fā)的設計革命第1課授課教師：增材制造技術簡介

增材制造技術簡介增材制造，即3D打印，它是一種全新的制造工藝，完全不同于傳統(tǒng)材料“去除型”的加工工藝。這種加工方法主要是一個不斷添加的過程，在計算機控制下層疊原材料。增材制造的內(nèi)容可以源于三維模型或其他電子數(shù)據(jù)，其打印出的三維物體可以擁有任何形狀和幾何特征。生物3D打印機圖片來源CREALITY

增材制造技術簡介最早的增材制造技術出現(xiàn)于20世紀80年代，1981年，日本名古屋市工業(yè)研究所的小玉秀男發(fā)明了兩種利用光硬化聚合物的增材制造三維塑料模型的方法；1984年，美國3D系統(tǒng)公司的查克·赫爾發(fā)明了立體光刻，用紫外激光固化高分子光聚合物，將原材料層疊起來。上世紀90年代中期，美國史丹佛大學和卡內(nèi)基梅隆大學開發(fā)出了材料沉積新技術，包括微鑄造和噴涂材料，他們的成果使增材制造技術真正成熟起來。3D打印技術之父——查克·赫爾圖片來源搜狐

增材制造技術簡介增材制造的概念的闡述可以從“廣義”和“狹義”兩個角度出發(fā)，如圖所示。從“廣義”的角度出發(fā)，增材制造的基本特征是材料的累加，它是以直接制造零件為目標的大范疇技術群。而從“狹義”的角度出發(fā)，增材制造則是指不同的能量源與CAD/CAM技術結(jié)合、分層累加材料的技術體系。增材制造的概念

增材制造技術簡介目前，圍繞增材制造出現(xiàn)了許多令人眼花繚亂的稱謂：快速成型、直接數(shù)字制造、增量制造、“3D打印”、“實體自由制造”、增層制造等。2009年美國材料實驗協(xié)會（ASTM）專門成立了F42委員會，將各種以材料堆積為特征的加工技術統(tǒng)稱為“增材制造”技術，在國際上取得了廣泛認可與應用。部分增材制造產(chǎn)品圖片來源魔猴

增材制造技術簡介實際上在我們的日常生產(chǎn)、生活中類似“增材”的例子很多，例如：機械加工的堆焊、建筑物（樓房、橋梁、水利大壩等）施工中的混凝土澆筑、陶瓷回轉(zhuǎn)體成型等。增材方法的基本原理就是將三維物體的模型模擬成若干個二維的薄片狀平面層，然后利用設備分別制造各薄片層，并逐層堆積，最終完成所需的三維零件。增材制造的原理圖片來源Wikipedia

增材制造技術簡介增材制造模型可以使用CAD軟件包或三維掃描儀生成。手動搜集制作3D圖像所需的幾何數(shù)據(jù)過程同雕塑等造型藝術類似，通過3D掃描，可以生成關于真實物體的形狀、外表等的電子數(shù)據(jù)并進行分析。以3D掃描得到的數(shù)據(jù)為基礎，就可以生成被掃描物體的三維數(shù)字模型。需要特別指出的是，無論使用哪種3D建模軟件，生成的3D模型（通常為.skp、.dae、.3ds或其它格式）都需要轉(zhuǎn)換成.STL或.OBJ這類打印機可以讀取的格式。.STL格式下的三維模型

增材制造技術簡介使用STL格式文件打印3D模型前需要先進行“流形錯誤”檢查，這一步通常稱為“修正”。對于采用3D掃描獲得的模型來說，STL文件“修正”尤其重要，因為這樣的模型通常會有大量流形錯誤。常見的流形錯誤包括，各表面沒有相互連接，或是模型上存在空隙等。Meshmixer修正軟件的交互界面

增材制造技術簡介完成修正后，用戶可以使用“切片機”軟件功能將存儲為STL文件的數(shù)字模型轉(zhuǎn)換成一系列薄層，同時生成G代碼（加工代碼）文件，其中包括針對某種增材制造打印機（如FDM打印機）的定制指令。接下來，用戶可以用打印客戶端軟件打印G代碼文件，這種客戶端軟件可以利用加載的G代碼指示3D打印機完成打印過程。增材制造設備根據(jù)G代碼從不同的橫截面將液體，粉末，紙張或板材等材料一層層組合在一起。這些層次與計算機輔助設計模型中的虛擬層次都是相對應的。這些真實的材料層或人工或自動地拼接起來形成增材制造成品。模型切片

增材制造技術簡介增材制造按照其加工材料的類型和方式，可以分為金屬成形、非金屬成形、生物材料成形等三種分類方式，如圖所示常見分類增材制造技術簡介增材打印機類型增材打印機類型工藝材料材料擠出成型熔融沉積成型（FDM）或熔絲制造（FFF）熱塑性塑料（例如，PLA、ABS樹脂、HIPS、尼龍）、HDPE、共晶、食用材料、橡膠（萬能橡皮泥）、雕塑粘土、普萊斯蒂辛橡皮泥、室溫硫化有機硅、瓷、金屬粘土（包括貴金屬粘土）自動注漿成型陶瓷材料、金屬合金、金屬陶瓷、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料金屬線路型電子束無模成型制造器（EBF3）幾乎所有金屬合金激光粉末燒結(jié)成型直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）幾乎所有金屬合金電子束熔煉（EBM）包括鈦合金在內(nèi)的幾乎所有金屬合金激光選區(qū)熔化（SLM）鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、鋁選擇性熱燒結(jié)（SHS）熱塑性粉末選擇性激光燒結(jié)（SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末粘結(jié)劑噴射成型石膏3D打?。≒P）石膏層積型分層實體制造（LOM）紙張、金屬箔、塑料薄膜光敏聚合物固化成型立體光刻（SLA）光聚合物（環(huán)氣樹脂，丙烯酸脂）數(shù)字光處理（DLP）光聚合物第2課授課教師：增材制造的優(yōu)勢

增材制造的優(yōu)勢增材制造技術有助于促進設計-生產(chǎn)過程從平面思維向立體思維的轉(zhuǎn)變。盡管CAD為三維構(gòu)想設計提供了重要的工具，但虛擬數(shù)字三維構(gòu)型仍然不能完全推演出實際結(jié)構(gòu)的裝配特性、物理特征、運動特征等諸多屬性。CATIA構(gòu)建的三維模型圖片來源網(wǎng)絡

增材制造的優(yōu)勢增材制造技術可以實現(xiàn)三維設計、檢驗與優(yōu)化，甚至直接制造，直面零件的三維屬性進行設計與生產(chǎn)，擺脫了傳統(tǒng)二維制造流程的束縛，極大地簡化設計流程，促進產(chǎn)品技術的更新與性能優(yōu)化。增材制造技術實現(xiàn)了零件制造的“自由”，無需傳統(tǒng)制造的多重加工工序，一臺設備就可以快速的制造出任意復雜形狀的并精密的零件，極大地解決了復雜結(jié)構(gòu)零件成型的困難，簡化制作流程和制作工序、縮短加工周期?？焖僭?，快速驗證圖片來源網(wǎng)絡

增材制造的優(yōu)勢增材制造技術能夠改造現(xiàn)有的技術形態(tài)，促進制造技術提升。利用增量制造技術提升現(xiàn)有制造技術水平的典型是鑄造行業(yè)。利用增材制造蠟?？梢詫⑸a(chǎn)效率提高數(shù)十倍，并且產(chǎn)品質(zhì)量和一致性也得到大大提升；利用三維打印技術生產(chǎn)用于金屬制造的砂型，大大得提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。增材制造生成的金屬部件圖片來源網(wǎng)絡增材制造的優(yōu)勢增材制造技術可以滿足航空/航天器等裝備研制低成本、短周期的需求。統(tǒng)計顯示，我國大型航空鈦合金零件材料的利用率平均不超過10%，利用率極低；并且模鍛、鑄造等傳統(tǒng)加工方式需要大量的工裝模具，將會帶來研制成本的飆升。而通過高能束流增材制造技術，在節(jié)省三分之二以上材料的同時，還可以減少一般以上的數(shù)控加工時間；并且無須模具，因此能夠?qū)⒀兄瞥杀居绕涫鞘准?、小批量的研制成本大大降低，?jié)省國家寶貴的科研經(jīng)費。增材制造下頜骨圖片來源網(wǎng)絡

增材制造的優(yōu)勢此外，增材制造技術也適用于稀缺或停產(chǎn)設備備件的生產(chǎn)和制造。例如已經(jīng)停產(chǎn)許久的汽車、飛機、國防等設備的零部件，即使在缺少CAD圖紙和相應工模具，甚至設備供應商已經(jīng)倒閉，相關備件無法取得的情況下，都可以利用逆向工程技術快速得到其三維CAD模型，并使用增材制造快速產(chǎn)出所需備件。利用增材制造技術加工的已停產(chǎn)工件圖片來源網(wǎng)絡

增材制造的優(yōu)勢增材制造技術還可以制造出極端復雜的幾何結(jié)構(gòu)，如超大、超厚、復雜型腔等，甚至是帶有帶有空間曲面及密集復雜孔道結(jié)構(gòu)扽，這類外形極端復雜的中小型零件。用其他方法很難制造，但通過高能束流增量制造技術，可以節(jié)省三分之二以上的材料，減少一半以上的數(shù)控加工時間，甚至可以實現(xiàn)零件的凈成形，僅需拋光即可裝機使用。利用增材制造技術加工的復雜工件圖片來源網(wǎng)絡

增材制造的優(yōu)勢

通過上述總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，增材制造技術的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）設計上的高度自由；2）小批量生產(chǎn)經(jīng)濟性；3）材料利用效率高；4）生產(chǎn)可預測性好；5）簡化生產(chǎn)工序環(huán)節(jié)。

增材制造的優(yōu)勢

增材制造承載著廣闊發(fā)展前景的同時，也擔負著巨大的挑戰(zhàn)和技術突破。增材制造的廣泛適用性，使它涉及到從科學基礎、工程化應用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的質(zhì)量等方方面面，其中包含著諸如激光成型專用合金體系、零件的組織與性能控制、應力變形控制及先進裝備的研發(fā)等大量研究工作。材料單元的控制技術設備的再涂層技術高效制造技術復合制造技術Adira研發(fā)的大型平鋪激光熔融(TiledLaserMelting)金屬3D打印機圖片來源印聯(lián)傳媒

基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計

第一章增材制造技術引發(fā)的革命第3課授課教師：增材制造在生產(chǎn)領域的典型應用

增材制造在生產(chǎn)領域的典型應用——航空工業(yè)

2015年5月，空中客車公司宣布其最新機種——空中客車A350XWB，有超過1000個部件是利用增材制造技術生產(chǎn)的。2016年，華中科技大學機械教授張海鷗研究團隊與空客簽訂了技術合作協(xié)議，該團隊所研究的“智能微鑄鍛銑復合制造技術”可將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，優(yōu)于“鑄鍛銑分離”的傳統(tǒng)制造方式，該技術以金屬絲材為原料，材料利用率達到80%以上，絲材料價格成本為當前普遍使用的鐳射撲粉粉材的十分之一左右?；谥悄芪㈣T鍛銑復合制造技術制造的航空發(fā)動機部件圖片來源華科大官網(wǎng)

增材制造在生產(chǎn)領域的典型應用——汽車工業(yè)

2013年，美國LocalMotors公司與橡樹嶺國家實驗室，以及Cincinnati公司正在合作研發(fā)大型的增量制造系統(tǒng)組裝整車車體。LocalMotors公司還計劃2014年9月在國際生產(chǎn)科技展上在觀眾面前現(xiàn)場打印汽車：汽車底盤和車身由纖維加強的熱塑性塑料制成，沒有動力傳送系統(tǒng)，車輪和車閘重量不足450磅，全車總共也只有40個零部件，并且隨著每次改進，零部件的數(shù)量會越變越少。LocalMotors公司利用增材制造技術生產(chǎn)的新型汽車圖片來源LM官網(wǎng)

增材制造在生產(chǎn)領域的典型應用——食品工業(yè)康奈爾創(chuàng)新機器實驗室指出，利用HydrocolloidPrinting型3D打印機可以進行定制食物的生產(chǎn)：能夠把巧克力、糖果、通心粉、餃子、奶酪、披薩等食物一層一層地“擠”出來。格拉斯哥大學的LeroyCronin教授在一篇TED演講中提到，未來可能利用化學物質(zhì)作為增材制造設備的“墨水”，進而生產(chǎn)藥物。3D打印食物圖片來源網(wǎng)絡

增材制造在生產(chǎn)領域的典型應用——服裝工業(yè)增材制造技術逐漸應用到服裝領域，時裝設計師們也會使用3D打印的外套、鞋子和裙裝進行時裝設計構(gòu)思。耐克在2012年為美國球員設計的VaporLaser足球鞋的制模和生產(chǎn)中，就利用了增材制造技術。同樣的，還有NewBalance利用3D打印技術進行運動員專用跑鞋的私人定制生產(chǎn)。另外，部分公司正在研究基于3D打印制造的眼鏡，這些產(chǎn)品可以根據(jù)用戶需求進行完全定制，最大程度的提升用戶滿意度。VaporLaser足球鞋圖片來源Nike官網(wǎng)

增材制造在生產(chǎn)領域的典型應用——醫(yī)療產(chǎn)業(yè)增材制造技術已經(jīng)被應用到生產(chǎn)可移植器官和醫(yī)用器械等醫(yī)療領域。在可移植器官與人體部件方面，當前成功的案例包括一位英國病人成功移植了鈦骨盆，一位比利時病人成功移植了鈦下頜和一個美國嬰兒成功移植的塑料氣管夾板，另外，針對關節(jié)炎和癌癥損傷器官的移植，相關的3D打印研究正在進行中。3D打印技術也可以應用于人體皮膚組織的構(gòu)建，2014年3月，斯溫席海港的外科醫(yī)生使用3D打印材料對一位車禍受重傷的汽車駕駛員的面部進行了修復。在耳鼻喉與口腔領域，聽骨鏈和牙冠將有望通過3D打印快速制造出來。3D打印脊柱節(jié)段圖片來源網(wǎng)絡感謝觀看THANKSFORWATCHING

基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計

第一章增材制造技術引發(fā)的革命第4課授課教師：增材制造技術引發(fā)的設計革命

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想增材制造作為一種高速發(fā)展的新興生產(chǎn)技術，已經(jīng)在某些領域有所應用。但目前該技術的普及速度十分緩慢，究其原因，一方面是由于相較傳統(tǒng)減材制造技術，增材制造在成本、加工精度等方面劣勢明顯；另一方面，現(xiàn)階段絕大多數(shù)設計師/工程師所熟悉的生產(chǎn)加工技術仍是減材或等材制造技術，他們了解這類傳統(tǒng)技術所要求的設計/研發(fā)規(guī)則，在產(chǎn)品開發(fā)過程中會根據(jù)這些技術的特點來調(diào)整研發(fā)方案，多年來形成的規(guī)則已經(jīng)占據(jù)了設計師/工程師的大腦，并產(chǎn)生了對新技術的抵抗性。普通3D打印機的精度相對較低圖片來源網(wǎng)絡

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想這就意味著，當設計師/工程師面對增材制造技術時，需要一種與之對應的設計思維來幫助他們快速消化吸收并有效應用這類新技術。在這樣一種背景下，為增材制造而設計（DfAM）的研發(fā)思想逐漸產(chǎn)生并發(fā)展起來。DfAM設計軟件界面圖片來源網(wǎng)絡

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想為增材制造而設計的最常見定義是：基于增材制造技術的能力，通過形狀、尺寸、層級結(jié)構(gòu)和材料組成的系統(tǒng)綜合設計最大限度提高產(chǎn)品性能的方法。DfAM又不僅僅是一種工具，更是一種策略，考慮如何獲得最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形狀，如何將最優(yōu)結(jié)構(gòu)形狀與最優(yōu)產(chǎn)品性能結(jié)合，如何在設計時將3D打印零件的后處理等工藝對設計的影響考慮進來。

DfAM要求設計師重點把握以下幾點內(nèi)容：1）理解不同技術的增材制造加工過程；2）考慮增材制造過程中的支撐結(jié)構(gòu)；3）考慮不同技術帶來的不同表面質(zhì)量；4）考慮不同的后處理工藝要求。

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想

DfAM模式中最具潛力的設計思維即是創(chuàng)成式設計（GenerativeDesign,GD）。GD是根據(jù)一些起始參數(shù)通過迭代并調(diào)整的方式來找到一個（優(yōu)化）模型。根據(jù)輸入者的設計意圖，通過“創(chuàng)成式”系統(tǒng)，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。簡言之，GD是通過設計軟件中的算法自動生成產(chǎn)品、建筑、藝術品模型的設計方法，是一種參數(shù)化的建模方式。設計師在設計過程中，只需要輸入產(chǎn)品參數(shù)，算法就會自動進行調(diào)整判斷，直到獲得最優(yōu)設計。Autodesk公司旗下的GD軟件Fusion360圖片來源Autodesk官網(wǎng)

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想增材制造策略與傳統(tǒng)制造策略在流程、方法上有很大差異，它適合加工表面工藝復雜，擁有大量有機形態(tài)、單件小批量制造的產(chǎn)品，因而，增材制造是創(chuàng)成式設計的用武之地：1）GD滿足增材制造的設計需求；2）GD可以通過計算機程序來表達參數(shù)及其關系，用復雜關系生成數(shù)字幾何，并進一步通過AM轉(zhuǎn)化為物理模型；3）GD可以利用計算機遠超人類的計算能力，模仿自然進化法則，根據(jù)一些基于模型的功能、性能和約束參數(shù)，通過迭代并調(diào)整來找到一個（優(yōu)化）模型的設計方法；4）GD可通過在約束范圍內(nèi)調(diào)整參數(shù)得到很多意想不到的創(chuàng)新形式，幫助設計師探索更廣泛的設計空間；5）目前，GD已經(jīng)在建筑設計領域進行了應用實踐，服務于建筑設計的GD系統(tǒng)通常是通過參數(shù)化建模軟件來定義的，它使用一組參數(shù)來驅(qū)動一系列幾何運算，從而生成最終形式。

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想然而，目前GD在產(chǎn)品設計領域并未獲得廣泛應用，導致這種現(xiàn)象的原因之一即是從業(yè)者對于增材制造技術所要求的設計規(guī)則知之甚少。突破傳統(tǒng)制造思維的限制已經(jīng)成為增材制造與GD能否發(fā)揮潛力所面臨的一大挑戰(zhàn)。當前，人們對于個性化、定制化、多樣化的產(chǎn)品已經(jīng)有了極大的需求，標準化的產(chǎn)品在未來市場中將受到冷落。但是，由于為顧客量身定制的產(chǎn)品大多存在成本高昂、設計/制造周期較長等問題，因此這類產(chǎn)品主要集中于奢侈品、文化創(chuàng)意產(chǎn)品等領域，很難大范圍推廣。定制化文創(chuàng)產(chǎn)品圖片來源第十二屆中國藝術節(jié)演藝及文創(chuàng)產(chǎn)品博覽會

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想隨著增材制造技術的不斷進步，個性化定制產(chǎn)品將迎來一個全新的發(fā)展期。技術成熟的增材制造生產(chǎn)策略將能夠大幅度降低個性化定制產(chǎn)品的成本，使其最大限度接近批量生產(chǎn)的水平，打破限制個性化定制產(chǎn)品發(fā)展的最大壁壘。當個性化定制產(chǎn)品獲得普及后，用戶可以通過基于GD構(gòu)建的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫選擇產(chǎn)品的基礎樣式，然后商家根據(jù)用戶的需求對產(chǎn)品進行深化設計，當用戶確認產(chǎn)品方案后，商家以增材制造的方式進行生產(chǎn)。定制化工業(yè)產(chǎn)品圖片來源LocalMotors官網(wǎng)

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想增材制造應用于個性化定制產(chǎn)品，其中有一個核心要素——即3D模型數(shù)據(jù)。不論是用戶挑選商品，還是商家修改設計產(chǎn)品，都需要通過3D模型數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。就好比消費者在淘寶購物時，需要瀏覽商品圖片一樣，只不過3D模型所提供的數(shù)據(jù)信息更多、更豐富。GD可以基于已有的規(guī)則，結(jié)合潛在購買者的現(xiàn)實需求，為用戶提供符合他們偏好的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品方案被存儲在線上數(shù)據(jù)庫中，可供商家和消費者自由調(diào)用。增材制造通過與GD的緊密配合，讓定制產(chǎn)品真正實現(xiàn)了個性化。

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想增材制造對于產(chǎn)品開發(fā)最核心的意義，在于能夠幫助設計師/工程師實現(xiàn)快速原型制作，降低樣機開發(fā)成本，大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，減少產(chǎn)品開發(fā)風險。在整個設計流程中，增材制造技術可以在產(chǎn)品造型論證、結(jié)構(gòu)論證、造型樣機制作、工程原型制作等環(huán)節(jié)發(fā)揮關鍵作用。捷豹XJEV原型車

增材制造技術引發(fā)的設計革命——面向增材制造的設計思想消費類工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程可包括產(chǎn)品策劃、市場調(diào)研、目標人群分析、造型/功能規(guī)劃與論證、造型/功能設計、造型樣機制作、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計與論證、工程原型制作、產(chǎn)品試產(chǎn)及論證、產(chǎn)品量產(chǎn)等步驟。在傳統(tǒng)的開發(fā)過程中，產(chǎn)品樣機的制作往往要通過減材制造手段來完成，設計師/工程師需要就產(chǎn)品參數(shù)、配合方式、公差等進行大量分析討論，費時費力。增材制造的出現(xiàn)能夠在一定程度上解決上述問題：由于大多數(shù)三維模型格式都可以直接轉(zhuǎn)化成.STL、.OBJ等增材制造格式，且增材制造軟件可以根據(jù)設計者的要求按照固定比例為模型賦予參數(shù)并形成加工代碼，加工設備可以直接讀取代碼并將模型實體化，整個過程靈活快捷，且無需設備操作者具有精深的專業(yè)知識。增材制造設備的使用門檻相對較低感謝觀看THANKSFORWATCHING

基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計GenerativeDesignforAM第二S曲線出現(xiàn)3D生物打印3D

生物打印系統(tǒng)用3D于生器物官打移印植系統(tǒng)企業(yè)3D

打印企業(yè)3D

打印4D

打印InnovationTriggerPeakofInflatedExpectationsSlopeof

EnlightenmentPlateauofProductivityexpectations▲?morethan10

yearsl2to5yearsObsolete

beforeplateauPlateauwillbereached

in:lessthan2

yearsTroughofDisillusionmenttimel

5to10years2003

3D生物打印2011 3D

打印

l2008

3D打印ll3D

打印

2012消費者

3D

打印3D生物打印

l○l20132008200720172016l

消費者

3D

打印

2014lll20112010消費者

3D

打印

2015l

○l

企業(yè)3D

打印

至今2006行業(yè)發(fā)展曲線Plateau

ofProductivity階段，開始稱為主流技術，該技術的廣闊的市場適用性和實用性獲得明顯的收益先進設計與增材制造課程知識圖譜課程配套資料清單4學時分配建議表（課程安排）心眾垂千者材思理的創(chuàng)成式正向設．，．，類別，細目，交付確認，教材資樣，教科書 計},'信教學大戎l}

''便："矗."'.,

』

-

大綱}

'眾考試汰封}

''伎

習手冊}

''竺

詮手冊},'師資埋訓資料，信教科書同步涅件}

''灶畛 哮

里視耍：}''伎

咕

免

湮}

'但

下苦足}

''沒卞甘黜

，．，'血

丸七飛血

刃開比.'§.:,奴

m血

二女子.

'足上

已勹血

分無幾悶上

尤了必胃"

沁

池

op仗，必呤

n..

..予上

茫II上

交五咕蟲口上還

孕王量矗

Ho.!

女五.l,

!o

PI孔

化血

寧

葉王已屯呾上

昆已交扛扛凡丘見雯.

,,.,于心

JI'從

嘈玩止

志置巳：：：子

們血

罕企

至血

空己心...雪!!ill

巴上

元

臼訂

il.a,

11>呼

五乓戊葉工具上云

諞上

只吧婦...

于:ct':..

,

且二重血

己去

咕立..

..王講實實上

自 習

討祜％=三驗踐機于

仁要淪教學內(nèi)容，時-,·?-.-,學時兵'"".

'忘E3.,E了數(shù)

，

數(shù)

，

-i:r-::'

數(shù)，

數(shù)

，數(shù)

，至l圭

涅飛匿發(fā)術引

發(fā)的至 命

，＿"1'

，．，，一，，至2

圭．．一．霖鏢蹄」跋正向設淚飛,

:::．，,

10' 0',

1．，一，，至

3

圭

，從

戶君求到產(chǎn)品實現(xiàn)，＿,.,

，．，,

1．，一，．，至

4圭

垂千規(guī)則的

反計親程，斗，．，，，一，'至

5奎

結(jié)茬的生豌及涇呈＿"1'

，．，，2'0'4'，一，，至

6

圭創(chuàng)成式設計軟件工兵的受號,1．，．，IO，一，．，笙

？

霎衷型的創(chuàng)成玄設計

方

法及應尋4'．，．，8'．，一，．，至

8

圭錄王者抸載運的產(chǎn)品原型實

現(xiàn)｛莖瀏｝，4'．，4' 8'．，一，．，'.,．，．，．，，一，．，合22

..,3.,

34.,.,.,,．＝．..一,_計

，計

，6-1'-基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計GenerativeDesignforAM創(chuàng)成式設計源自于自然科學和認知邏輯的進步—工業(yè)革命以來廣義自然變換(射影/仿射/共形/粒子/微分/同倫等)簡單→

自組織→復雜自然界多種物理效應邏輯延拓-更精準的描述規(guī)律多重曲面映射和紋理映射仿生算法設計自然界很多物種的生長、衍生、和進化都遵循簡單的規(guī)律，找到規(guī)律就可以把它們代碼化，運用這些規(guī)律到設計算法中，就可以使模型像自然物種一樣生長出來模仿自然生長成形過程有機組織功能結(jié)構(gòu)自然選擇進化來自：Danil

Nagy來源于：Nervous

system相同編碼規(guī)則與變量相互作用，生長出成千上萬種結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)造出千變?nèi)f化的創(chuàng)新設計創(chuàng)成式設計探索廣泛的設計空間來源于：DanielDavis，PhD

incomputationaldesign百事可樂LOGO的通過創(chuàng)成式設計獲得多樣化依據(jù)科學原理進行創(chuàng)成式設計系統(tǒng)視角需求架構(gòu)與關系交互評估創(chuàng)成式設計= 基于規(guī)則的編碼過程

+

結(jié)構(gòu)生長過程建模規(guī)則由創(chuàng)成式設計方法生成的設計模型可以像自然界的物種一樣具有多樣的表現(xiàn)形式GenerativeDesignfor

AM什么是正向設計有效的觸達需求并系統(tǒng)化一體化實現(xiàn)設計/l高

12

重要但不急需1重要又急需I低

I4

不重要也不急需3

不室要但急需低高創(chuàng)成式設計+AM滿足個性化定制來源于：Nervous

system三＿瞿通，知識工程層次論重申正向設計的重要意義業(yè)務一體化PERA.SimCloud案例來源于GE

Aviation四分設計體系16類科學框架20+種設計方式102個學習課件包教材同步豐富案例/算例/配套資料設計建 設計結(jié)模體系 構(gòu)體系設計評 設計分估體系 析體系數(shù)字編碼/插件協(xié)同梯度/路徑/日照/水流/風力/人流/物理場等機械結(jié)構(gòu)/仿生結(jié)構(gòu)/數(shù)學結(jié)構(gòu)仿真優(yōu)化/美學評估/選擇驗證關鍵突破點前沿知識行業(yè)知識系統(tǒng)工程行業(yè)間協(xié)議標準起步換擋提速控制中樞應用1應用2應用3應用431創(chuàng)成式設計案例汽車輪輞的創(chuàng)成式設計GenerativeDesign輪輞參數(shù)化建模輪輞的創(chuàng)成式設計建立參數(shù)關系/設計規(guī)則，生成算法編碼、，于標準化的部件，可以直接打包程序成參數(shù)化模塊，設計時直接按規(guī)格調(diào)用輪銅的創(chuàng)成式設計建立參數(shù)關系／設計規(guī)則，生成算法編碼輪輻樣式

1王。氣-=-=

謐＝＝百瑁，亡于：一己一旦

尸氣

一尸=己＿＿I-

言巴－一--輪骰的創(chuàng)成式設計－－選擇與驗證（鋼）方案l

仿其結(jié)果方案2仿頁結(jié)果方案3仿頁結(jié)果,er_,-

心一

v,_o..,_w,心彎曲

強

度

分

析結(jié)果＿8C

E＂叩心

心心

叩心心

心心小8g導5m

i}g

tF立

磁ggtg

ggg.g應力結(jié)果.廠｀4變形結(jié)果,

-·叩'M,·>--,-,.q-如.....E它：：，

幼

區(qū)

t＿，威C心,'"'''"'5

叩''"..

如,,..

如，心'""0勛

，心.r又ICT.也

6,

.VO.

...LW?OU＂．．．}6＆g言H至王王呻','＇；;

;8e比3EJCI

.『2...,攻

iE立'，"么'的'"'i"疚",心.'i

,,'"妞｀歸

O2心E心0立E心乙J兀，上也沁．、"＂-·心心j3}48gg滬88百 心

心心8專mmma了＇，

：；；；比3sE土l.飛一2i-5it：豆E-蘭t菩.二飛一\忙·'"心'·'"·-'"''°'兀'-'"'心_v,_a,._晌心

J輪轂的創(chuàng)成式設計——選擇與驗證（鋁合金）方案1仿真結(jié)果方案2仿真結(jié)果方案3仿真結(jié)果應力結(jié)果變形結(jié)果彎曲強度分析結(jié)果方案1仿真結(jié)果方案2仿真結(jié)果方案3仿真結(jié)果應力結(jié)果變形結(jié)果徑向強度分析結(jié)果輪轂的創(chuàng)成式設計——選擇與驗證（鋼）輪轂的創(chuàng)成式設計——選擇與驗證（鋁合金）方案1仿真結(jié)果方案2仿真結(jié)果方案3仿真結(jié)果應力結(jié)果變形結(jié)果徑向強度分析結(jié)果40創(chuàng)成式設計方法機構(gòu)輔助概念設計GenerativeDesign分光光譜儀狹縫系統(tǒng)概念設計?功能：自動微小平移?原理：動力源是電機，需要一種轉(zhuǎn)動

平動的機構(gòu)：曲柄連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等；實現(xiàn)微小變化，可以通過比例縮放實現(xiàn)，或尺寸參數(shù)設計?機構(gòu)：例如采用連桿機構(gòu)目標：低成本實現(xiàn)高精度寬度可變狹縫;寬度范圍：0~2mm，寬度精度±0.002mm原理驗證：運動范圍能夠保證，；分辨率是否足夠小。能滿足就是技術可行機構(gòu)。?精度實現(xiàn)方法：加工保證：難實現(xiàn)、成本高閉環(huán)伺服控制：機構(gòu)復雜、成本高精度校正：有沒有方法？——可研究的方向誤差來源：加工誤差，裝配誤差。低成本加工，普通精度一般可達到±0.1mm模擬實際機構(gòu)誤差模擬實際機構(gòu)尺寸罐惆重千際機構(gòu)尺假設實

寸為I ,.,.,

l——""''·"01, ,

.

,m三I扣OJ

I) I,0'5岱

I,o,o,(

"·"'心,,.計算并觀察全程狹縫寬度誤差，查看誤差范圍O.ll

71上＿—J30

20.v1)

利用遺傳笙法，幫助找到

一個e的校正呈值e'

;2

)

利用校正值e'和其他設計參數(shù)的組合，

得到

一個

與實際 機構(gòu)

的等效的

機構(gòu)，