直觉式设计平台加速3D打印过程

材料到多种材料。为产品设计创新开辟了广阔的空间，设计师可以专注于产品的功能和性能开发，无需考虑如何去制造的问题。

据相关数据显示，2017年国内3D打印市场规模将突破100亿美元，产业规模及应用领域将逐步拓展，其中包括航空航天、汽车、医疗和模具等领域。相对于传统减材加工方式，3D打印为制造业提供了新的选择和路径，将为产品设计及制造环节带来创新，为国内制造业转型升级提供助力。

在原型制作方面，3D打印能快速实现原型制作，从而大大缩短研发及验证时间。使企业能快速产出高质量产品。另一方面，在制造生产环节，由于受限于传统加工工艺限制，之前很多想法都无法实现。有了3D打印技术之后，人们的想法及创意能够更加容易地实现并制造出来。随着技术不断突破，3D打印将在高科技和国防等诸多领域获得更加广泛的空间。湃睿科技的Pidex提供的3D建模和3D打印解决方案，使得企业不用再购买昂贵的软件，或者依赖CAD工程师进行反复调整，直觉式的界面和强大的功能，使得Pidex用户可以很方便地操作模型，加速企业的快速原型制作和增材制造过程。

二、打破3D设计与3D打印之间的界限

我们都知道，3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其中，模型数据处理及优化是3D打印的前提条件。仅有3D模型不能保证打印一定成功，工程师有很多工作需要完成：进行几何模型可打印性分析，包括检查最小的壁厚，去除细小特征，连接性检查，添加支撑；导入STL模型的清理和检查，避免自相交，保证模型封闭；对STL模型的分割，以减少打印件尺寸，或满足分色打印的要求，还需要设计拼接的搭扣；有些零件需要进行轻量化处理，以减少材料消耗，缩短打印时間，同时还要保证强度。

通常，3D打印工程师不得不反复和产品设计师沟通并传递模型，编辑和修复模型以保证打印成功。这导致整个过程冗长而缓慢，使得从设计到快速原型制作、增材制造的过程变得更加困难，拖长了制造周期。

三、面向增材制造的设计

以3D打印为代表的增材制造技术的出现，极大地扩展了可制造工艺性，即使最复杂的产品也能通过3D打印制造出来，这无疑极大释放了设计潜能，尤其是在航空、航天和军工等对产品重量比较敏感的领域，设计人员可以只专注于产品本身，可以设计任何结构，而不需要考虑制造工艺的局限性。设计师借助于专业仿真分析软件的拓扑优化功能，输入给定载荷与工况，就可以得到满足性能要求的最优且轻量化的模型。但是分析软件生成的优化模型通常是STL小面片模型，需要光顺处理和调整才能进行3D打印，这也对设计师提出了新的挑战。

在3D打印过程中，从产品设计到3D打印需要用到不同的软件及数据，从而使得打印过程低效甚至出现错误。在产品设计阶段，主要采用CAD软件进行建模，并转化成STL文件输出至3D打印设备。3D打印设备接收到STL文件之后，采用切片软件进行优化打印。然而，CAD软件建模能力虽强，3D打印模型的准备能力却弱。相反，3D打印编程软件可切片生成轨迹，但3D建模能力弱，模型数据修改具有局限性。为此，湃睿科技推出了Pidex直觉式设计平台，致力于打破二者之间的衔接鸿沟，使得打印过程更加高效。

Pidex直觉式设计平台由ANSYS SpaceClaim和PISX公司共同打造，是一款可以由任何工程师使用的易用、强大的设计平台。Pidex以直接建模为基础，辅以参数化建模，可以创建、编辑或修复几何模型而无需担心数据来源。另外，Pidex还能够针对3D打印的工艺特点进行后期处理，例如，壁厚检查和晶格设计等。因此，采用Pidex会让3D设计变得快捷、容易、柔性且更有价值。

四、打印前的分析、清理和修补

不同于其他的3D打印软件，Pidex独一无二的混合模型，可以在同一环境中处理CAD模型和小面片模型，提供完整的工具用于模型编辑和创建，可以建立新的几何特征，用以增加、移除和改善小面片模型。如图1所示。

对导入的STL模型，可直接进行分析和清理，发现和修复这些缺陷，包括不一致的面法向方向、面片自相交、模型不封闭以及其他可能导致打印失败的问题。如图2所示。

用户使用Pidex的关键好处是能直接在STL模型上进行操作，软件的3D打印模块允许用户：去除细小的特征、填缝隙和光顺；分割STL模型用于多材料的打印，并赋予不同的颜色；进行布尔运算，融合STL模型或实体；进行可打印性分析：壁厚、支撑检查等；创建连接结构以便后续零件拼接，添加支撑结构等；重新构建零件，将特征安排到更好的位置，调整过薄的壁厚以便优化打印。如图3所示。

五、轻量化处理

轻量化设计是打印流程中很关键的步骤。对于快速原型工艺，更少的材料意味着更低的打印成本、运输成本和更快的打印时间。Pidex提供多达11种2D和3D晶格类型，设计师可以根据需求，方便地定义晶格抽壳的形式和尺寸，从而达到轻量化的目的。如图4所示。

六、面向增材制造的拓扑优化建模

专业分析软件（如ANSYS）的拓扑优化技术允许用户指定材料体积上的支撑点和载荷点位置，设置边界条件，最终让软件计算得出最佳形状。这种优化结果模型往往都是STL模型，可以导入Pidex中进行结构调整和光顺，指定精确的孔位，指定参考的传统模型，利用Pidex的收缩包络功能，可以快速进行拟合，得到所需的光顺模型，再根据设计需要进行调整，最终进行3D打印。如图5所示。

Pidex的直觉式操作界面允许用户比原来更快、更有效地创建、编辑3D概念模型，并准备用于3D打印的模型。它不仅能高效和方便地修补模型，还能自如修改STL和CAD模型以调整设计方案。Pidex软件的3D打印模块更把直觉式软件操作界面、怏捷交互等特性扩展到了3D打印领域。

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