【正文】 體模型前任何工具或固定裝置的設(shè)計制造的。SFF系統(tǒng)也能制造模式功能樣機通過在一個小的數(shù)量，例如熔模鑄造。此外，SFF編造用于加工的模式。所示的設(shè)計過程中的建議，將使用如圖所示的履帶式車輛。3 拓?fù)鋬?yōu)化在本文中，它是假定，TO為最佳布局的結(jié)構(gòu)進(jìn)行。TO的目標(biāo)是最小化的結(jié)構(gòu)符合量減少了45％。原來有限元模型和拓?fù)鋬?yōu)化布局示于圖 2. b和c的變化質(zhì)量和遵守在TO總結(jié)于表1?？傎|(zhì)量和法規(guī)遵從減少分別為45%和81%。請注意，隨機是對稱的相對于它的中間垂直的平面（X2177。X3平面）。這是因為的幾何形狀和加載是對稱的，如圖 ，邊界和軸的結(jié)構(gòu)中加入寧邊界和載荷條件。 圖5 b樣條曲面圖6 隨機重建的實體模型。4 實體模型建設(shè)在本文中，三次B樣條曲線和曲面，分別用于的曲線和表面結(jié)皮，近似??的邊界點的粗結(jié)構(gòu)布局。在這種近似的過程中，控制點，其中支配的B樣條曲面，被獲得。然后，通過CAD API（應(yīng)用程序編程接口面），這些控制點帶來到CAD ENVIR實體模型建設(shè)。在本文中，采用SolidWorks的三維實體建模。這些進(jìn)口控制點參數(shù)的邊界表面重建的實體模型，后來成為作為設(shè)計變量的形狀優(yōu)化。舉一個例子，幾何點已經(jīng)代表部分的隨機的選擇和在同一B樣條曲線（圖2c和圖4）。表面結(jié)皮外多面體方法，形成由6X5個控制點，封閉的B樣條曲面的創(chuàng)建（圖5a）。同樣的，內(nèi)在的B樣條曲面（4X3控制點）表示的在隨即孔創(chuàng)建（圖5b）。這些B樣條曲面導(dǎo)入到SolidWorks實體模型建設(shè)。在SolidWorks中，內(nèi)、外創(chuàng)建實體模型腔括由外和內(nèi)的B樣條表面，為信號減去了實體模型外一內(nèi)固體和團(tuán)結(jié)減去實體模型，與兩個端部的半割筒中如圖 6。5形狀優(yōu)化基于CAD的形狀優(yōu)化重建的實體模型，基于拓?fù)鋬?yōu)化元模型，進(jìn)行設(shè)計。 PolyFEM的核心設(shè)計工作，對自適應(yīng)求解器，用于FEA的形狀優(yōu)化的過程。在執(zhí)行形狀優(yōu)化迭代，基于CAD的設(shè)計速度ELD的計算來表征材料的點移動由于外形設(shè)計上變化的，使用參數(shù)映射和邊界位移的方法。同速度領(lǐng)域，在優(yōu)化過程中全面有限差分計算方法是利用支持形狀設(shè)計靈敏度分析sis文件（DSA）。 IMSL優(yōu)化例程，N0ONF用于解決非線性約束最優(yōu)化問題。根據(jù)變化控制點的位置，結(jié)束時的形狀優(yōu)化，則處理返回到CAD環(huán)境和更新的實體模型。圖7 形狀參數(shù)化設(shè)計圖8 隨機應(yīng)力分布圖 9 最初的比較和優(yōu)化設(shè)計。例如，設(shè)計目標(biāo)是小邁茲結(jié)構(gòu)質(zhì)量的合規(guī)約束TO和另外24個應(yīng)力制約。這種設(shè)計的目標(biāo)一定會實現(xiàn)通過已經(jīng)設(shè)計變量。B樣條控制點的位置表面的寧設(shè)計選擇并鏈接變量耗。前兩個特性的形狀和尺寸的上部的隨機分支，作為示意圖如圖7A。同樣，第三和第四的形狀和尺寸的特征較低的分支，作為示示意圖圖7 B最后一個沿長度方向的內(nèi)孔的位置（43方向）的隨機作為示意圖如圖 7C。由于對稱性，只有一半的隨機嚙合有限元分析，如圖8所示，請注意，在本研究中，p型有限元分析進(jìn)行。這是因為是p元素是一般大，不易扭曲。此外，邊界和軸邊界和負(fù)載增加條件。應(yīng)力分別分布在隨機初始和最優(yōu)的設(shè)計示意圖中 8a和b。優(yōu)化和原來的實體模型示于圖 9。整體減少，質(zhì)量和合規(guī)分別為整個拓?fù)浜托螤顑?yōu)化47%和81%，如在表2中總結(jié)。注意從形狀優(yōu)化接收的質(zhì)量減少在這個例子中最小的。6 虛擬制造常見復(fù)雜的幾何形狀汽車零件和航空航天等行業(yè)模具及模具制造，用于生產(chǎn)所花費時間的不同、大小和復(fù)雜的模型或模具制造從1200到3800小時不等。相當(dāng)長的時間（49%177。72%）是用在銑削設(shè)計的輪廓表面（要加工的表面）的模具和模型?？紤]幾何結(jié)構(gòu)功能的設(shè)計變更可能影響制造成本顯著降低，反之亦然。在不同類型的加工操作，輪廓的表面銑削是最適用于模具加工。現(xiàn)有市售CIAL VM的工具，如Pro/ MFG，支持輪廓使用各種方法，包括表面銑削度量，常曲率，等殘留高度， PRO /MFG本文采用虛擬加工。在本文中，VM應(yīng)用開發(fā)和模擬制造過程優(yōu)化。而模具鑄造過程中假設(shè)用于制造壓鑄成型，包括設(shè)計和加工蓋和頂出模具。然后經(jīng)過機械加工的模具可以使用壓鑄部分。制造過程的示意圖在圖10，壓鑄產(chǎn)生兩部分操作，通過量用于銑削和鉆孔機，去除多余的材料。此外，用銑床去除鉆孔的材料。圖10 插圖圖解制造過程。 圖11 設(shè)計的封面和噴射模。 模具設(shè)計 兩個模具，蓋，脫模器，使用Pro /E設(shè)計模具。上邊創(chuàng)建的蓋模具的頂面，如圖所示 圖11A。形狀之間建立的外蓋和脫模器模具。此外，水紋創(chuàng)建在兩個金屬模具冷卻如圖所示圖 11。注意，在本文提出的模具是25％的原來的大小。蓋和頂出模具8163。163。此外，％的收縮率是撤消修改假設(shè)的成立進(jìn)入模具。圖12標(biāo)準(zhǔn)刀磨機。圖13數(shù)控銑削序列1模具的加工操作涉及量銑削，除去大部分的空腔材料，輪廓表面銑削，進(jìn)一步清理型腔表面，研磨，拋光腔卸下左側(cè)扇的表面和孔鉆探水紋。選擇熱作模具鋼作為模具工件的材料。為了便于說明，只有量銑削和等高線封面上的模具進(jìn)行表面銑削。開始蓋模，工件的加工操作創(chuàng)建8163。假設(shè)一個3軸機執(zhí)行兩個NC序列的量銑床。序列中刪除最佳薄膜層的工件，以產(chǎn)生光滑的表面。NC刀具及加工參數(shù)序列分別總結(jié)于表3和表4中。一個標(biāo)準(zhǔn)的刀具被描繪在圖12。示于表如圖4所示。圖14 數(shù)控序列2的銑削 由Pro/ MFG的NC序列模擬圖ILLU分析，如圖13和14。RST序列號產(chǎn)生一個光滑的表面，在第二序列切空腔，產(chǎn)生階梯型表面，這不是光滑的。請注意，梯層之間的距離是控制生產(chǎn)參數(shù)，步長深度。必須再次使用一個平滑的表面輪廓加工該空腔表面銑削。這將最大限度地減少研磨操作和增加模具的精度。假設(shè)一個3軸機執(zhí)行輪廓表面銑削，需要注意5軸銑削通常會產(chǎn)生更好的表面平滑的輪廓。刀具2英寸，，加工參數(shù)總結(jié)在表5中。圖15 輪廓銑削表面 輪廓表面銑削仿真，示于圖15A。機加工操作的工具路徑示于圖 15B。需要注意的是腔面仍然不順暢。曲面的大小保持在空腔表面，可以減少通過使用更小的尺寸或更小尺寸的切割。無論用哪種方式生產(chǎn)時間將增加。銑削作業(yè)必須采用拋光模腔表面，這是不能模擬的。模具制造，在壓鑄過程中可以進(jìn)行。假設(shè)在鑄造過程中一直進(jìn)行隨機部分示于圖 10。量銑削保持刀具齊整刪除多余的材料，然后創(chuàng)建隨機的孔。使用原型件為隨機工件，再次選擇3軸銑削機。量銑削仿真的中心孔，如示于圖 16A。加工時間銑削符合29分鐘，和刀具路徑示于圖中16B。使用上述虛擬機的過程中，可以保證最佳的隨機制造性。除了估計模擬和加工時間，Pro/ MFG產(chǎn)生切割機位置（CL）數(shù)據(jù)的自動編程工具（APT）語言[10177。12]，這是一個被國際接受的標(biāo)準(zhǔn)。CL數(shù)據(jù)可以被轉(zhuǎn)換成G碼CNC使用適當(dāng)?shù)暮筇幚砥骱蚆代碼。單位加工的隨機成本可以被計算為C Td=N 1 Tg=2?Cm為Td，Tg的模具和原型件加工時間部分，分別為Cm的加工費用率和N的的部件數(shù)量，來模具制作。7 固體無模成形SFF技術(shù)，也稱為快速成型（RP），快速模具（RT），納入了設(shè)計過程。SFF的技術(shù)是在20世紀(jì)90年代新開發(fā)的制造技術(shù)。SFF是一種添加劑的過程，采用通過從橫截面數(shù)據(jù)輸入技術(shù)切片的三維CAD模型。CAD實體模型的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成一個立體光刻造型格式（STL），這是一個方位邊界表示法一致接受的制造方法。STL模型的隨機顯示在圖17。即使STL模型是一個近似真正的CAD幾何，可以盡量減少錯誤越來越多的三角形。這可以通過以下來實現(xiàn)指定一個較小的弦長，這是定義為真實的幾何邊界之間的最大距離和相鄰的三角形的邊，如圖 18。圖16 隨機銑作業(yè)的量孔圖17 STL模型的道路的手臂圖18 弦長一個STL曲面圖19 層的陰影模式圖20 SPI模型II系統(tǒng)然后，該方位表示切成一系列一個預(yù)先指定方向的二維斷面。切片件取決于SFF系統(tǒng)。在本文中，ModelWorks公司采用砂光機樣機。163。，建立和支持材料選擇分別為隨機的制造物理樣機。剖面線示出一個典型的層產(chǎn)生的ModelWorks圖案在圖19。從與最下面的橫截面的切片后的模型，SFF機創(chuàng)建一層薄薄的符合的橫截面的形狀STL模型，一個所謂的2和1/2D層。然后，系統(tǒng)創(chuàng)建一個頂部附加層，根據(jù)前一個的更高的橫截面。這個過程反復(fù)進(jìn)行，直到部分完成。RP系統(tǒng)能夠創(chuàng)建小的內(nèi)部腔體和復(fù)雜的幾何形狀的零件。SFF更重要的是，對于任何給定的三維CAD模型的過程相同的分層。因此，它并不需要工具，也為原型的制造過程規(guī)劃，需要對傳統(tǒng)的制造方法。MM的桑德斯原型，（圖20）是用于制造隨機的物理樣機。MM的II采用噴墨技術(shù)。塑料和蠟熔化，建立和支持材料，分別下降后，在基板上二維剖面線圖案。建立和支持被安裝在X177。Y導(dǎo)軌，使用驅(qū)動伺服電機，精確位置。，理論上。解決升高溫度下，以顯示的實數(shù)部分的部分浸漬在一種特殊的溶劑中的蠟的支持材料。需要注意的是塑料零件制造MM的II是脆弱的，這不是適合的功能測試。圖21 隨機的物理模型在一般情況下，SFF機可以用于以下用途：（?。┚幵煳锢碓驮O(shè)計證實陽離子的結(jié)構(gòu)組件。舉一個例子，物理原型之前和之后使用MM中II制造的形狀優(yōu)化如圖 21。（ii）編造塑性圖案的結(jié)構(gòu)組份和生產(chǎn)功能部件使用，例如，使用熔模鑄造，用于功能測試。（iii）通過熔模精密鑄造，以支持大規(guī)模生產(chǎn)，以生產(chǎn)金屬模具或模具制造塑性的模式。8 數(shù)控加工一個3軸數(shù)控銑床，HASS VF系列哈斯自動化公司如圖 22，用于制造功能性部件，以及硬?；蜩T模大規(guī)模生產(chǎn)。在本文中，表層鑄模圖所示。163。2英寸3鋼CL數(shù)據(jù)LES產(chǎn)生的虛擬加工后處理成機器控制數(shù)據(jù)（MCD），即G代碼11A加工M碼，數(shù)控加工，在Pro/ MFG。除了體積銑削和輪廓表面銑削，鉆孔操作以創(chuàng)建水紋。9總結(jié)先進(jìn)的制造技術(shù)，包括虛擬機，SFF，及CNC已成立為法團(tuán)的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的制造技術(shù)，確保有一個合理的制造成本，可制造的最佳結(jié)構(gòu)。此外，SFF編造原類型的最佳結(jié)構(gòu)或模具圖案在一個短匝圍繞時間支持設(shè)計證實陽離子和質(zhì)量制作。然而，它可以是擴展到其他如CAD/ CAM，有限元分析工具，CAD API函數(shù)，接受B樣條曲線和曲面和有限元分析接受的CAD實體模型的網(wǎng)格生成。雖然將高科技制造技術(shù)和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的可行性已被證實，幾個問題需要進(jìn)一步學(xué)習(xí). RST的問題是，更多的閱歷仿真技術(shù)來模擬制造過程。例如，在本研究中，模具的設(shè)計沒有模擬需接上金屬溫度分布和熱量輸送FER。結(jié)合工具來支持這樣的模擬顯著地提高了模具設(shè)計的可靠性。此外，越來越多的制造過程中，如注射模塑，必須被納入以支持更廣泛的產(chǎn)品范圍的設(shè)計。最后，本文提出了設(shè)計問題可以更真實配制通過將制造成本的目標(biāo)或約束函數(shù)形狀優(yōu)化。這將轉(zhuǎn)換成一個并發(fā)多片全體的優(yōu)化的順序設(shè)計過程中。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，它需要一個更加全面的成本分析和DSA能力，包括制造，材料和操作。