美國自主汽車制造商PIX Moving正在將金屬3D打印與受模具啟發(fā)的生成性設(shè)計相結(jié)合，以推進汽車生產(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自主汽車底盤模型。據(jù)PIX公司介紹，采用拓撲優(yōu)化和3D打印技術(shù)后，制造成本降低了60%，交貨時間縮短了約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。憑借新的工具和愿景，我們可以重建汽車的制造和移動性。"

粘液模具算法

PIX與WAAM 3D打印的首次接觸發(fā)生在2019年，當時該公司對其第一輛自主汽車底盤進行了原型設(shè)計。主要的挑戰(zhàn)是將WAAM約束納入生成式設(shè)計工作流程，該公司嘗試使用現(xiàn)成的工具進行結(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，但事實證明WAAM需要更嚴格的參數(shù)設(shè)置。

為了克服這個問題，PIX的工程師們自行設(shè)計了自己的生成式設(shè)計算法，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對底盤原型進行建模。

使用生成性設(shè)計來3D打印底盤結(jié)構(gòu)

該工具創(chuàng)建的每一次設(shè)計迭代都要進行靜態(tài)有限元分析（FEA），通過模擬應(yīng)力和變形評估結(jié)構(gòu)的性能。然后由人類設(shè)計師進行 "潤色"，根據(jù)WAAM的嚴格約束條件進一步優(yōu)化基礎(chǔ)模型。最終由設(shè)計師在結(jié)構(gòu)完整性和重量之間取得平衡，因為材料的減少往往會增加零件變形的風險。

這種以生成性設(shè)計為中心的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，該公司的目標是通過WAAM大批量3D打印下一代自主汽車底盤結(jié)構(gòu)，并大幅整合零件，大幅減輕重量，縮短交貨時間。

PIX的計算設(shè)計團隊寫道："這對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，汽車制造并沒有什么變化。"

PIX的生成式設(shè)計的底盤結(jié)構(gòu)。圖片來自PIX。

生成式設(shè)計和拓撲優(yōu)化是增材制造設(shè)計（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)計來3D打印一套拓撲優(yōu)化的滑雪板綁帶。與運動公司Nidecker集團合作開發(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OEM廠商Stratasys最近宣布與工程軟件開發(fā)商nTopology合作，以簡化夾具、夾具和其他工具的DfAM流程。具體來說，合作伙伴將共同為用戶開發(fā)一系列可訪問、可定制的DfAM程序，首先是FDM裝配夾具生成器。