美國(guó)自主汽車制造商PIX Moving正在將金屬3D打印與受模具啟發(fā)的生成性設(shè)計(jì)相結(jié)合，以推進(jìn)汽車生產(chǎn)。

該公司的 "C-ZONE 01 "端到端數(shù)字化制造工廠利用線弧增材制造(WAAM)--一種大尺寸DED 3D打印形式--生產(chǎn)其PIXBOT和PIXLOOP自主汽車底盤(pán)模型。據(jù)PIX公司介紹，采用拓?fù)鋬?yōu)化和3D打印技術(shù)后，制造成本降低了60%，交貨時(shí)間縮短了約75%。

PIX發(fā)言人表示："我們相信我們所做的事情正在為汽車行業(yè)的模式轉(zhuǎn)變做出貢獻(xiàn)。憑借新的工具和愿景，我們可以重建汽車的制造和移動(dòng)性。"

粘液模具算法

PIX與WAAM 3D打印的首次接觸發(fā)生在2019年，當(dāng)時(shí)該公司對(duì)其第一輛自主汽車底盤(pán)進(jìn)行了原型設(shè)計(jì)。主要的挑戰(zhàn)是將WAAM約束納入生成式設(shè)計(jì)工作流程，該公司嘗試使用現(xiàn)成的工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如Autodesk Generative Design、PTC Frustum和Altair Inspire。雖然這些程序?qū)τ趥鹘y(tǒng)的制造技術(shù)，甚至是PBF 3D打印都有很好的效果，但事實(shí)證明WAAM需要更嚴(yán)格的參數(shù)設(shè)置。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，PIX的工程師們自行設(shè)計(jì)了自己的生成式設(shè)計(jì)算法，他們稱之為 "泥模算法"。該算法從培養(yǎng)皿中的粘液模的尋路能力中獲得靈感，使該公司能夠在WAAM 3D打印的限制條件下自動(dòng)對(duì)底盤(pán)原型進(jìn)行建模。

使用生成性設(shè)計(jì)來(lái)3D打印底盤(pán)結(jié)構(gòu)

該工具創(chuàng)建的每一次設(shè)計(jì)迭代都要進(jìn)行靜態(tài)有限元分析（FEA），通過(guò)模擬應(yīng)力和變形評(píng)估結(jié)構(gòu)的性能。然后由人類設(shè)計(jì)師進(jìn)行 "潤(rùn)色"，根據(jù)WAAM的嚴(yán)格約束條件進(jìn)一步優(yōu)化基礎(chǔ)模型。最終由設(shè)計(jì)師在結(jié)構(gòu)完整性和重量之間取得平衡，因?yàn)椴牧系臏p少往往會(huì)增加零件變形的風(fēng)險(xiǎn)。

這種以生成性設(shè)計(jì)為中心的3D打印工作流程構(gòu)成了PIX公司的大部分生產(chǎn)流程，甚至直到今天。現(xiàn)在，該公司的目標(biāo)是通過(guò)WAAM大批量3D打印下一代自主汽車底盤(pán)結(jié)構(gòu)，并大幅整合零件，大幅減輕重量，縮短交貨時(shí)間。

PIX的計(jì)算設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)寫(xiě)道："這對(duì)于徹底改變汽車制造是必要的，自從福特在大約一百年前首次引入流水線以來(lái)，汽車制造并沒(méi)有什么變化。"

PIX的生成式設(shè)計(jì)的底盤(pán)結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)自PIX。

生成式設(shè)計(jì)和拓?fù)鋬?yōu)化是增材制造設(shè)計(jì)（Design for Additive Manufacturing，DfAM）的重要組成部分，其用途不僅限于汽車領(lǐng)域。在體育用品行業(yè)，3D打印服務(wù)商ADDIT-ION此前已經(jīng)使用生成式設(shè)計(jì)來(lái)3D打印一套拓?fù)鋬?yōu)化的滑雪板綁帶。與運(yùn)動(dòng)公司Nidecker集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)的這套雪板固定器，以盡可能低的質(zhì)量提供最大的剛度。

其他方面，3D打印機(jī)OEM廠商Stratasys最近宣布與工程軟件開(kāi)發(fā)商nTopology合作，以簡(jiǎn)化夾具、夾具和其他工具的DfAM流程。具體來(lái)說(shuō)，合作伙伴將共同為用戶開(kāi)發(fā)一系列可訪問(wèn)、可定制的DfAM程序，首先是FDM裝配夾具生成器。