3D打印+计算设计,实现大规模定制产品制造

新闻热点 2025-01-07 10:32www.robotxin.com纳米机器人

随着全球化的推进,各大品牌为了吸引众多用户,纷纷采用标准化的产品设计方法,力求满足尽可能广泛的需求。在用户眼中,定制化的产品甚至自己设计的产品具有更高的情感价值。那么,如何巧妙地将定制化和批量生产结合起来呢?

实际上,借助“计算设计”与“3D打印”技术的结合,我们可以实现个性化产品的规模化制造。早在2016年,阿里云设计中心就在国内率先提出了“计算设计”的概念。

让我们以一个充满创意的产品为例——泡泡鞋概念,来深入了解这一理念。想象一下,让孩子们能够在线设计和订购一双独特的、合脚的、带有泡泡图案的鞋子,这将具有极大的吸引力。那么,这样的泡泡鞋是如何诞生的呢?

孩子们可以通过简单的智能手机应用程序扫描自己的脚部,确定鞋子的精准尺寸。接着,他们可以用吸管对着麦克风吹气,创造出独特的气泡设计。当吹气的声音被记录下来时,气泡就会在鞋面设计上长大并四处移动。一旦孩子对设计感到满意,鞋子设计模型将被发送到大规模的3D打印工厂进行制作。

那么,究竟什么是计算设计呢?

计算设计是一种计算机辅助设计(CAD)方法,它使用算法和参数的组合来自动计算产品的结构。与传统的静态设计不同,计算设计是动态的,可以通过输入新数据不断更新改变。这种方法可以利用人工智能技术和工具,如生成算法、进化优化和机器学习,来增强设计过程并创造更高效、更具创新性和定制化的产品解决方案。

以3D打印矫形支架公司ActiveArmor为例,他们通过使用计算设计和软件公司Twikit的平台,输入患者相关数据,能够生成完全定制的矫形支架设计。

计算设计涵盖多个设计过程,包括参数化设计、算法设计、生成设计和拓扑优化。虽然这些方法在计算设计中相互融合,但它们可以分为三个主要类别。其中参数化设计将参数链接在一起形成组或节点,当一个值改变时,会自动改变其他相关值。通过这种方式,可以在预定义的边界内快速进行计算设计。算法设计和生成式设计则分别施加约束并使用复杂的软件算法生成设计和提供一系列可能的设计结果。拓扑优化则是一种与生成设计相关但不同的方法。这些方法都可以利用软件算法来决定实际的结构形式。通过这些技术的运用,我们能够产生复杂且富有创新性的形式,模仿自然界中的试错过程。在传统制造技术的限制下无法实现的设计现在可以通过增材制造(3D打印)技术大规模生产独特而复杂的结构。这为消费品领域的计算产品设计带来了无限可能和新的机遇。

如今计算设计技术广泛应用于制造和许多消费品领域并产生了许多令人振奋的应用案例。例如用于减少能耗和成本的汽车零件、提高性能的运动头盔以及医疗应用中的内部骨替代物和外部假肢等。此外通过精密工程算法生产的自行车部件就是一个很好的例子它将视觉设计与功能完美结合打造出独特而吸引人的外观形式。理论上通过个性化的计算设计我们可以创造出既满足功能需求又具有独特视觉吸引力的产品形式满足消费者的个性化需求并实现大规模生产的可能性与可持续性从而为各行各业的创新和发展带来革命性的变革。计算设计与增材制造的革命性进展

随着自上世纪八十年代初CAD的引入,增材制造为设计界带来了翻天覆地的变化,为设计师们提供了一个重新构思设计思路的舞台。不再受到传统生产和材料的束缚,设计师们可以自由地挥洒创意。计算设计与3D打印技术的并行发展,无疑是实现独特产品设计并大规模生产的最佳途径。无需模具或工具,一台3D打印机就能直接从数字文件中一次打印出数十或数百个独特的零件,这是其他生产技术无法比拟的。

计算设计技术能够生成极其复杂的零件结构。传统的制造方法如注射成型、铸造和数控铣削在打造复杂内部通道方面能力有限。对于大型物品,往往需要分割成多个小型部件以便进行传统制造,之后再进行组装,或者修改设计以适应机械加工等技术。

计算设计的未来展望

消费产品中的计算设计令人兴奋不已。借助数据的力量,用户有机会大规模地设计单独定制的产品。通过互联网,我们可以从多个来源实时收集数据。用户的各种个性化需求、习惯和偏好都能被捕获并应用到产品设计之中。在产品的整个生命周期中,我们还可以提取、显示产品的数据情况,然后不断更新和迭代,为下一次产品设计提供更多的参考信息。

身体扫描测量将在可穿戴设备设计中持续发挥重要作用,尤其是随着扫描技术的进步。环境数据也可用于指导设计。例如,特定位置的天气、噪音和交通数据可用于帮助设计可持续住宅。

想象一下用3D打印技术建造房屋时,如何精确放置气流管道以实现夏季自然空调,如何配置墙壁厚度以抑制噪音,甚至如何优化屋顶形状以适应太阳能电池板和雨水收集。未来的产品可能会实现自动设计,适应用户不断变化的生活方式和习惯。每天早晨,根据天气、地形、活动水平、日程安排以及情绪状态,都可以打印出适合的鞋子。

可以说,计算设计为产品设计过程带来了翻天覆地的变革。它不仅带来了功能上的优势,更将带来全新的、有趣的、个性化的消费者体验。这是一个摆脱千篇一律的通用设计,向个性化产品转变的绝佳机会。

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