利用solidThinking Inspire和Evolve 进行概念生成和设计优化

    行业：汽车/增材制造

    挑战：重新构思当前的活塞设计过程， 以制造比目前版本更轻便但坚固性相同的活塞。

    Altair 解决方案：结合利用 solidThinking Inspire 和 Evolve 进行概念生成和设计优化，为钛增材制造做好准备。

    优点：利用 Inspire 生成概念，在 Evolve 中完成优化； 开发比原始设计方案轻 23.5%的新活塞设计方案； 易于导出并方便与增材制造设备集成； 利用钛增材制造技术制造成型。

    背景介绍 

    HardMarque 是一家数字设计和制造工作室，专注于打造“未来工厂”，即专注于以零库存方式生产和交付网上订购的按单定制部件的增材制造基地。 HardMarque 认为，这种创新模式在母国澳大利亚未来的制造领域将是大势所趋。 这种创新模式可以帮助澳大利亚摆脱传统制造业的限制，从而开辟出新的市场。 HardMarque 主管 Nicholas Hardman 是 CAD 的一位长期用户，从最初接触 Evolve 开始，他就立刻被这款软件创建的有机结构及其简单易用的特点所吸引。 Nicholas 表示： “[Evolve]赋予了我极大的设计自由度。我可以真正地在 3D 空间中进行动态设计，而不是以基于草图的方式（基本在 2D 空间中）进行设计。” 在使用 solidThinking Evolve 之后，Nicholas 还注意到 solidThinking Inspire 在概念生成方面的强大功能，并很快意识到 Inspire 可以在增材制造领域发挥重要作用。“利用 Inspire，我可以设计出更轻便、且至少与同类产品同样坚固的产品。 Inspire 创建的有机形状非常适合进行增材制造。”

    关于 HardMarque 

    HardMarque 专注于研究改进部件和产品的解决方案。该团队努力探求如何才能以更好的质量、更快的速度或更低的成本来制造部件。HardMarque 专门从事增材制造、材料优化、3D CAD 设计和 2D CAD 制图。   

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    “利用 Inspire，我可以设计出更轻便、且至少与同类产品同样坚固 的产品。Inspire 创建的有机形状非常适合进行增材制造。” 

                                                                                                              Nicholas Hardman HardMarque 

                                                                                                               主管

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  解决方案

    将 Inspire 和 Evolve 应用于设计过程 在 HardMarque，最近的一个“未来工厂”项目是一款定制的钛增材制造汽车活塞。HardMarque 之所以选择钛应用于该项目，是因为这种材料在澳大利亚较易获得，而且钛比活塞生产中常用的铝要坚固得多。 对于 Nicholas 来说，在设计过程的一开始，需要先以一个已有的活塞为基准。他按照这个活塞的尺寸在 Evolve 中创建了一个初始设计空间。创建完设计空间之后，他将模型导入 Inspire 来生成概念。 就钛活塞来说，施加精确的载荷条件是设计过程中极其重要的一环。Nicholas 说：“这样做是为了使载荷正确施加在活塞上。燃烧气体膨胀会对活塞头施加一定的作用力，对缸壁施加的油压也会使活塞侧面承受侧向力。Nicholas 与 solidThinking 团队以及墨尔本的一位在活塞生产领域拥有十五年以上经验的同事直接展开协作，将这些负载施加到了 Inspire 中。然后，Nicholas 基于这些加载方案使用 Inspire 生成了理想的活塞形状。之后，Nicholas 将在 Inspire 中创建的活塞形状导回到 Evolve，在 Evolve 中，他得以将所得结果体现在用钛制造的最 终活塞设计方案中。

                                                                        活塞设计空间

                                                                        利用 solidThinking Inspire 所生成的理想活塞概念

    最终设计方案的重量为 289g，比初始设计的 378g 轻 23.5%，但坚固性不变。Nicholas 表示：“降低活塞和其它汽车零件的重量十分重要。这有助于提高内燃机的效率，从而有效减少对燃料的需求。为了减轻零件的重量，你就必须知道应该将哪部分材料去除。这时，Inspire 的作用也就显现了出来。Inspire 非常适合与增材制造技术结合使用，因为这样可以大大减少对可制造的形状类型的限制。”

                                                                        利用 solidThinking Evolve 所生成活塞的最终效果图（制造前）

    结论 

    HardMarque 很快看到了使用 solidThinking Inspire 和 Evolve 进行概念生成和开发所带来的优势。据 Nicholas 称，这 两种工具都帮助他提高了工作流程的效率。目前，他已经开始研究重量还要更轻的新一款活塞。当前设定的目标重量是 250g。完成这个项目后，Nicholas 计划将他的创新成果在实际发动机上进行测试，然后再通过 HardMarque 的“未来工厂” 实现商业化。

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