正在改变设计未来的3D打印的创新设计

当前在3D打印领域，提到最多的可能是拓扑优化，而不是创成式设计。虽然很多场合二者都是混为一谈的，但细究起来创成式设计（Generative Design）是根据一些起始参数通过迭代并调整来找到一个（优化）模型。拓扑优化（Topology Optimization）是对给定的模型进行分析，常见的是根据边界条件进行有限元分析，然后对模型变形或删减来进行优化。

创成式设计（Generative Design）是一个人机交互、自我创新的过程。根据输入者的设计意图，通过”创成式”系统，生成潜在的可行性设计方案的几何模型，然后进行综合对比，筛选出设计方案推送给设计者进行最后的决策。

通俗理解创成式设计是一种通过设计软件中的算法自动生成艺术品、建筑模型、产品模型的设计方法。创成式设计是一种参数化建模方式，在设计的过程中，当设计师输入产品参数之后，算法将自动进行调整判断，直到获得最优化的设计。目前比较著名的创成式设计软件包括欧特克的Within，欧特克的Dreamcatcher，西门子的Solid Edge ST10等。

创成式设计将激发设计师通过手动建模不易获得的思想灵感，创造出拥有不寻常的复杂几何结构设计作品。3D打印技术由于可以将复杂的设计转化为现实，注定已成为创成式设计的“好伙伴”

CAD设计技术的应用经历了三个时期。在最早期的文档时代，CAD只是通过计算机辅助设计的手段将产品绘制记录下来，不管是二维的几何图形还是三维的产品模型，都是基于覆盖式、经验式的文档操作；在优化时代，三维CAD开始逐渐成为主流，不管是在建造业还是制造业，工程师可以通过真实准确的数字化模型，借助三维可视化的设计工具，以及仿真分析工具，让设计结果越来越优化；随着移动互联网的快速发展，如今的设计师和工程师需要越来越多的洞察用户需求，让产品更加富有创意和个性化，这意味着CAD设计将变得更加互联化和智能化。这也是欧特克等企业致力于推动创成式设计技术发展的重要原因。

在美国知名运动品牌Under Armour应用中，Under Armour利用欧特克衍生式设计和3D打印技术的结合，来改变鞋掌的设计。Under Armour的限量版跑鞋Architect是一款3D打印跑鞋，它可以在运动过程中随时贴合运动员脚部，独特设计的网格结构中底能为运动员提供稳定的脚跟支撑结构和并满足高强度训练所需的缓冲能力。目前，Architect已经可以在Under Armour官网接受消费者预订了。

西门子的创成式设计将拓扑优化引入到 Solid Edge 3D 产品开发工具包中。 设计者可定义特定的材料、设计空间、允许的载荷和约束及目标权重，该软件可自动计算几何解法。 这些结果可以立即在 3D 打印机上进行制造，或是在 Solid Edge 中进一步优化，以用于传统制造。

Solid Edge创成式设计的提出基于生物进化与CAD设计结合，以实例展示其功能。  在Solid Edge ST10创成式设计中，用户可以为零件制定负载，例如力、压力或扭矩。然后指定与周围零件有装配关系的面，不允许改变。再指定固定的面。就完成了约束条件的设定。用户还可以指定研究精度、希望减少的目标质量和安全系数。如果要求的安全系数高，要求质量减少幅度又太大，可能无法获得有效的结果。然后Solid Edge就进行多次迭代运算（类似生命体的逐代进化），产生最终的优化结果。在优化结果中还能显示应力的分布情况。Solid Edge的创成式设计将CAD设计、优化设计和CAE分析无缝集成在一起。

可利用西门子 Solid Edge 的工具包（纳入了 Siemens 的收敛建模和同步建模技术）进一步修改源于创成式设计的优化组件。 网格化结果会无缝集成到正常的模型编辑过程中，有助于设计师获取手头任务所需的最终设计。 无需再等待从三角形网格到 B-rep 的冗长又失精确的转换。

在未来的衍生式设计中，还将融合人工智能、虚拟现实、3D打印、机器学习等新兴技术，将设计过程变得更加智能，让设计的门槛进一步降低。

来源：3D科学谷
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