可靠地推導出人類大腦無法想象到的獨特幾何形狀，海克斯康MSC Apex創(chuàng)成式設計是專門為只有增材過程才能制造的詳細而高度復雜的結(jié)構(gòu)而設計的。 優(yōu)化設計的高分辨率可確保將結(jié)果直接發(fā)送至打印機。但是，如果需要進一步的制造和設計驗證，則MSC Apex Generative Design可與Simufact Additive，Digimat AM和MSC Nastran互相操作。

       MSC Apex Generative Design使制造商提高對昂貴的增材制造技術的利用率，并提高設備投資回報率，因為在工作流程開始時減少設計工作可以降低生產(chǎn)運行的總成本和縮短每個部件的交付時間。

©海克斯康

3D打印與創(chuàng)成式設計成就更復雜的設計

 衛(wèi)星部件：安裝用于調(diào)節(jié)微波濾波器的驅(qū)動器

     輕巧的結(jié)構(gòu)在衛(wèi)星設計中尤其重要，因為每增加一公斤，就會產(chǎn)生高昂的太空運輸成本。如果可以減輕重量，則可以將運載工具或衛(wèi)星寶貴的有效載荷用于進一步的應用，并創(chuàng)造附加值。

     這正是航天公司Tesat-Spacecom GmbH＆Co. KG，機器制造商Trumpf-通快和MSC Apex Generative Design專家之間的項目目標。如圖所示，用于調(diào)節(jié)微波濾波器的驅(qū)動器支架將用于德國通信衛(wèi)星Heinrich Hertz，以測試新通信技術的空間能力。對于此應用，需要減輕安裝座的重量， MSC Apex創(chuàng)成式設計助力實現(xiàn)此目的。

        通過應用創(chuàng)成式設計，創(chuàng)建了一個新的、高度復雜的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)最大程度的輕量化，并且可以完全的滿足設計和制造。最終的結(jié)果令人印象深刻：為航天技術設計的組件減輕了55％的重量。底座重量由之前的164克減為75克。此外，MSC Apex Generative Design的創(chuàng)新性，及其針對應力的優(yōu)化進一步提高了組件的剛度。最終，MSC Apex Generative Design產(chǎn)生的均勻應力分布可滿足所需的剛度和堅固性，同時最大程度地減輕了重量。

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這種新型的復雜幾何形狀現(xiàn)在只能通過增材制造來生產(chǎn)。Trumpf-德國通快用TruPrint 3000 3D打印機承擔了這項任務。海因里�！ず掌潱℉einrich Hertz）衛(wèi)星任務是由DLR空間管理公司代表聯(lián)邦經(jīng)濟和能源部在聯(lián)邦國防部的參與下執(zhí)行的。

 UPB賽車輪托架

每年，UPBracing的一支年輕學生團隊都會開發(fā)FormulaStudent賽車來參加國際比賽。設計賽車必不可少需要考慮的兩個因素：輕便和堅固。除了賽車手和賽車本身可以證明其性能外，賽車的輕量化結(jié)構(gòu)也是得分項之一。由于具有四重用途，因此輪架非常有必要在減輕重量的同時滿足較高的承重要求。

傳統(tǒng)的銑削設計，由于形狀非常復雜，零件重515g，但產(chǎn)生15.5公斤的鋁廢料©�？怂箍�

在過去的幾年中，這些團隊曾嘗試設計具有復雜銑削設計的輕型輪架。采用傳統(tǒng)方法，設計的已經(jīng)很復雜的輪架（圖1）重515克。它是由16公斤重的物料塊碾磨而成的，因此產(chǎn)生了15.5公斤鋁廢料。

之后，團隊采用了MSC Apex Generative Design技術來創(chuàng)建最佳的輕量化設計。在模型設計中定義了設計和非設計區(qū)域，并添加了復雜的載荷工況。然后自動生成網(wǎng)格并進行了優(yōu)化。該設計算法在高端NVIDIA Tesla P100顯卡的工作站上6小時內(nèi)生成完成后的平滑結(jié)果(使用工作站GPU NVIDIA QUADRO P5000大約需要14小時)。

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結(jié)果是單輪架重量為266g，與傳統(tǒng)設計相比減少了48％。由于零件是通過增材制造生產(chǎn)的，因此也沒有大量的材料浪費。這大大降低了賽車的整體重量，并在設計報告中贏得了很多關注和好評，成為整個比賽中最特殊的存在。

 航空航天支架

一個測試不同算法優(yōu)化質(zhì)量的流行例子是“GE噴氣發(fā)動機支架”。2013年，通用電氣(General Electric)在GrabCAD網(wǎng)站上發(fā)布了飛機渦輪的支架，作為增材制造的設計挑戰(zhàn)（https://grabcad.com/challenges/ge-jet-engine-bracket-challenge）。挑戰(zhàn)內(nèi)容在于可以使用任何方法重新設計非常簡單的組件設計，并在考慮給定邊界條件的同時開發(fā)盡可能輕的組件。

這一挑戰(zhàn)吸引了大量的注意力，至今仍被頻繁地用來展示新算法的優(yōu)勢。

 通用電氣噴氣發(fā)動機支架優(yōu)化MSC Apex創(chuàng)成式設計©�？怂箍�

       采用MSC Apex Generative Design對相同載荷下的相同構(gòu)件進行計算，結(jié)果如圖1所示。此處顯示的結(jié)果是在裝有兩個Nvidia P5000顯卡的CAD工作站上計算的，計算時長大約6個小時。其結(jié)果是形成了一個最佳的形狀——輕薄、多曲線的外殼，并帶有附加支柱，以傳遞最高的載荷。由于幾乎不需要任何支撐結(jié)構(gòu)，因此該設計非常穩(wěn)定，輕巧且易于通過增材工藝制造，并且只能通過特別高的計算分辨率來實現(xiàn)。

    MSC Apex的自動創(chuàng)成式設計比其他設計方案的結(jié)構(gòu)更輕，應力更低。最大應力為680 MPa(目標應力為700MPa)時，重量僅為140克左右。

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