▲圖 風(fēng)扇葉片的形狀在衍生式設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過多次迭代今妄。

注塑成型工藝對于批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的塑料零件至關(guān)重要团滥。為了以較低的成本生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，業(yè)界一直優(yōu)先考慮為熔融材料開發(fā)先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)枫虏。但即使對于熟練的工程師而言妇穴，這也是一項(xiàng)艱巨而耗時(shí)的工作。用于模具冷卻水道的自動(dòng)化設(shè)計(jì)能否幫助工程師應(yīng)對這一挑戰(zhàn)隶债？

在日本腾它，松下集團(tuán)的生活方案公司正押注于此跑筝，該公司使用世界上第一臺(tái)混合金屬 3D 打印機(jī) LUMEX Avance-25，針對模具冷卻水道開發(fā)了一種新的制造方法瞒滴。該方法將增材制造和銑削相結(jié)合曲梗，形成了一個(gè)共形冷卻系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中冷卻通道與產(chǎn)品形狀吻合妓忍，與直接從模具中鉆出冷卻通道的傳統(tǒng)方法相比稀并，冷卻時(shí)間減少了 20％。

該公司的制造工程中心負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造模具单默。Seiichi Uemoto 是該中心的分析師。他開設(shè)了模具設(shè)計(jì)課程瘦肥，支持計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技能開發(fā)入荞，以傳授設(shè)計(jì)模具所需的先進(jìn)技術(shù)。

▲圖 松下生活方案公司制造工程中心的 Seiichi Uemoto 受到啟發(fā)挟伯，嘗試使金屬模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化捌冲。

在優(yōu)化盒形金屬模具的冷卻回路設(shè)計(jì)（此設(shè)計(jì)曾在 2014 年的 InterMold 展覽會(huì)上展出）時(shí)，Uemoto 使用成型產(chǎn)品的翹曲數(shù)據(jù)分析冷卻通道之間的間隙拇支。這項(xiàng)工作啟發(fā)了他嘗試使金屬模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化麸颜。

Uemoto 說：“我認(rèn)為，只要有正確的設(shè)置唬爹，我就可以使用衍生式設(shè)計(jì)自動(dòng)創(chuàng)建模具冷卻通道朴魁。”他看到了衍生式設(shè)計(jì)如何運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析押赋，有效地實(shí)現(xiàn)形狀的輕量化牙娇。

他還說：“拓?fù)鋬?yōu)化只能按照提供給系統(tǒng)的條件中產(chǎn)生一種解決方案，很難從結(jié)果中生成具有平滑輪廓的東西仙冕。但我明顯看到粱快，衍生式設(shè)計(jì)會(huì)固有地產(chǎn)生更平滑的形狀。我覺得通過衍生式設(shè)計(jì)叔扼，我們能夠有效地產(chǎn)生顧及制造原則的多個(gè)概念事哭。”

衍生式設(shè)計(jì)支持的工作流程

Uemoto 希望將衍生式設(shè)計(jì)應(yīng)用到模具上瓜富，從而產(chǎn)生新的模具形狀鳍咱，并使設(shè)計(jì)過程本身自動(dòng)化。其司技術(shù)高超的設(shè)計(jì)師正在開發(fā)由歐特克 Moldflow 支持的各種產(chǎn)品与柑。Moldflow 的成型仿真可以進(jìn)一步完善他們的設(shè)計(jì)流炕。Uemoto 說：“我覺得，如果我們的自動(dòng)化設(shè)計(jì)能提供給設(shè)計(jì)師意想不到的洞察力仅胞，這將為設(shè)計(jì)師的工作帶來更多的靈活性每辟。”

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，松下與位于英國伯明翰的歐特克高級(jí)咨詢團(tuán)隊(duì)合作渠欺，做一個(gè)將衍生式設(shè)計(jì)應(yīng)用于模具冷卻水道的項(xiàng)目妹蔽。他們選擇了已經(jīng)大量生產(chǎn)的管道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)扇葉片作為測試對象。

▲圖 管式風(fēng)扇中使用的葉片模具（左一）被選為衍生式設(shè)計(jì)的目標(biāo)酥丛。松下集團(tuán)生活方案公司供圖绎疟。

這些風(fēng)扇葉片很小，但形狀復(fù)雜蘸暮。設(shè)計(jì)專家對風(fēng)扇葉片的初始形狀設(shè)置了約束條件曼砾，對要生成的水通道指定了一系列條件，還設(shè)置了一些限制懊据，以防止通道路徑影響成型產(chǎn)品的精細(xì)部分跑著。

在衍生式設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品的形狀經(jīng)過多次迭代不斷變化接纽，直到僅剩下用于創(chuàng)建所需水道的必要組件门幌。由于松下的工程師已經(jīng)設(shè)計(jì)出了高度精制的模具，因此 Uemoto 原本以為阶铝，該軟件可能難以大幅提高原始設(shè)計(jì)的效率熏盲。他說：“沒想到，自動(dòng)化生成的完全成型的模型超出預(yù)期惊也∪瘢”

更令人驚訝的是水通道的布局。一些設(shè)計(jì)包括统台，原本設(shè)置為沿著模具外殼延伸的通道虽另，變得以獨(dú)特的方式分叉。Uemoto 將最終的設(shè)計(jì)描述為超出自己的想象饺谬。他說：“衍生式設(shè)計(jì)過程提供的形狀永遠(yuǎn)不可能被任何人構(gòu)思出來捂刺。”

▲圖 案例 C（左）的衍生式設(shè)計(jì)基于形狀限制為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的初始形狀募寨；案例 D（右）的衍生式設(shè)計(jì)基于形狀僅受外殼的初始形狀限制族展。松下集團(tuán)生活方案公司供圖。

通過生產(chǎn)證明能力

按照設(shè)計(jì)過程拔鹰，他們制造了四個(gè)不同的模具樣品：

• 案例 B仪缸，由資深工程師設(shè)計(jì)的已用于制造的原始零件；

• 案例 C列肢，基于原始零件的自動(dòng)化衍生式設(shè)計(jì)恰画；

• 案例 D，一個(gè)對形狀限制較為寬松的衍生式設(shè)計(jì)瓷马；

• 案例 E拴还，與案例 C 設(shè)計(jì)相同跨晴，只是添加了水通道。使用模具制造的產(chǎn)品經(jīng)過精確測量症影，以評(píng)估每個(gè)模具的性能曹是。

模具產(chǎn)品的測量結(jié)果表明，使用自動(dòng)化生成的冷卻通道的模具與資深工程師的設(shè)計(jì)相比垦亲，二者的性能差異很小房睁。Uemoto 說：“我可以看到，設(shè)計(jì)是如何通過改變模具內(nèi)的溫度來塑造產(chǎn)品的常迹。這非常了不起侈吨。最終，我們獲得了輪廓平滑的 CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）數(shù)據(jù)奖卒，實(shí)現(xiàn)了我們進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)均膛。”

▲圖 衍生式設(shè)計(jì)的模具經(jīng)過了制造室拿、成型、驗(yàn)證工序拢宛。松下集團(tuán)生活方案公司供圖磺穷。

經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師需要大約八個(gè)小時(shí)來設(shè)計(jì)模具。無論技術(shù)水平如何渤昌，目前都無法簡化該過程虽抄。盡管如此，Uemoto 希望這個(gè)項(xiàng)目的成功可以引出解決方案独柑，從而減輕工程師的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)迈窟。

Uemoto 說：“這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。如果在不久的將來忌栅，這成為打包軟件的一部分车酣，可能會(huì)帶來加快速度的解決方案，使我們能夠開發(fā)更專注于溫度控制的程序索绪。那樣湖员，將使很多用戶和應(yīng)用程序受益∪鹎”

作者：YASUO MATSUNAKA注：文章來自由歐特克支持創(chuàng)立的 Redshift China

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（Redshift China 歐特克Autodesk）

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