开源免费使用，Artisan点阵结构设计计算引擎

来源： 另维工匠

导读：增材制造中的点阵结构（也称晶格结构）是一种通过将材料以一定的空间间隔放置成网状结构的设计结构。这种结构是由一系列相互连接的点阵单元构成的，这些点阵单元的数量、形状和排列方式可以在设计阶段进行优化。点阵结构可以用于制造许多不同的组件，例如支撑结构、隔热层、复合材料和医疗植入物等。

点阵结构具有许多优势，其中最重要的是其轻量化特性。点阵结构可以通过减少材料的使用来减轻组件的重量，从而降低制造成本并提高组件的运行效率。点阵结构还可以在受到冲击时通过塑性形变来吸收能量，从而提高组件的抗冲击性能。通过对点阵单元的微观设计可以实现宏观设计期望的宏观机械或者热传导性能。点阵结构具有高度的表面积，因此可以增加组件的传热能力，例如在热交换器中使用。点阵结构可以为设计带来更多的自由度和更好的性能，因此在航空航天、汽车和医疗等领域得到广泛应用。

点阵结构的数字化设计是一个重要的挑战。当前主流设计趋势是通过隐式建模技术，简化几何形状的计算。Artisan是一种基于隐式建模技术的点阵晶格结构生成工具。其底层代码是基于Python和C++，以结合开发速度和计算效率。Artisan通过C++代码运行大部分重要的数学运算，并通过Python进行常规计算和组织软件结构。

△Artisan生成的点阵填充鞋中底

△完全基于四面体划分的共形映射点阵结构

Artisan支持周期性点阵，网格点阵，共形映射点阵。用户可以使用集成点阵单元和自定义点阵单元，例如TPMS类型的数学公式，或者是独立的stl几何，亦或者是自定义点线连接的梁柱结构类型的单元（strut)。

用户定义的stl几何单元填充

用户可以通过JSON文件自定义点阵生成步骤。所有的点阵生成过程具有可再复制性，结构清晰明了，可追溯性强。单元几何特点和最终点阵生成完全由参数控制。第三方软件可以非常简单导入导出JSON设置，并通过控制参数值来生成最终结果。

{"Setup":{      "Type" : "Geometry",
                "Geomfile": ".//sample-obj//Parts02//Parts02.stl",
                "Rot" : [0.0,0.0,0.0],
                "res":[0.8,0.8,0.8],
    "Padding": 3,
                "onGPU": false,
                "memorylimit": 16106127360
                },
"WorkFlow":{
          "1": {"Add_Lattice":{
                    "la_name": "Cubic", "size": [10.0,10.0,10.0], "thk":1.5, "Inv": false, "Fill": true,
                    "Cube_Request": {}
                    }
               },
          "2" :{"HS_Interpolate" : {
                    "la_name": ".//Test_json//CombinedLattices//Parts02_Mesh_Infill_LR.mld",
                    "size": [4.0,4.0,4.0],
                    "thk": 1.5, "pt":[0.0,0.0,0.0],
                    "n_vec":[-1.0,0.0,0.0], "Fill": false, "Cube_Request": {}
                    }},
          "3":{"Export": {"outfile": ".//Test_results/Parts02_Combined_Infill.stl"}}
           },
"PostProcess":{"CombineMeshes": true,
                "RemovePartitionMeshFile": false,
                "RemoveIsolatedParts": true,
                "ExportLazPts": false}
}

△一个简单的共形映射双拼结构

Artisan可以读入Ansys, Abaqus和Salome生成的四面体网格，用以生成下图的网格点阵，或者是四面体点阵填充。Artisan暂时只支持Salome软件med格式下六面体网格网格共形映射，未来将逐步开发对其他主流软件的网格格式的支持。需要提到一点的是，Artisan对共形映射类和网格类计算通过特定算法做了一定速度方面的优化，尤其是对网格类点阵计算，在给定的最优条件下，如下图示例十几秒就可完成了整个点阵计算。

△网格结构点阵

Artisan内含双点阵（多点阵）融合算法。算法会将给定点阵自然融合当前设计主点阵填充样式中，或者通过桥接点阵结构逐步将两者融合。

△几何结构点阵和Cubic单元在共形映射的状态下融合

Artisan考虑到计算资源的消耗的限制和规划。隐式建模计算的一大特点就是海量内存消耗和大量的网格计算，普通用户需要配置高端机器才能达到比较好的用户体验。Artisan自身内置的分割计算方式可以将整个计算区域按照用户设定的内存分割计算，输出面几何后再做合并处理。这样普通内存大小的机器也可以比较顺利地做应用设计。Artisan关键字部分支持GPU计算，用以减少对CPU资源的消耗和加速计算。

Artisan当前一个重要的开发方向是支持和分析软件的交互和分析结果的数据应用。例如，下面的例子中，一个汽车转向节（俗称羊角）的四面体网格点阵填充根据有限元分析结果的应力场做了局部材料增强（此示例仅为样例，和任何产品设计无关）。

△转向节点阵局部增强

Artisan是闭源保留版权的软件，非商业用户可以根据Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported (CC BY-NC-ND 3.0)授权自由免费使用。

独立运行包，内核包和在线文档可以通过以下地址下载：
http://bleemsys.com/Artisan.html

在线文档：
http://bleemsys.com/Artisan/docs/index.html

支持操作系统: Windows 10 or above.
Python版本：Python 3.9.7
Artisan当前版本：0.1.4