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現(xiàn)有的增材制造結(jié)構(gòu)，絕大部分仍然采用面向傳統(tǒng)制造工藝的設(shè)計構(gòu)型，這樣所制備的結(jié)構(gòu)，并未充分利用增材制造所提供的新型設(shè)計空間，性能無法在本質(zhì)上得到飛躍，甚至受限于增材制造技術(shù)的不成熟，其性能劣于傳統(tǒng)制造工藝所制備的結(jié)構(gòu)，而拓?fù)鋬?yōu)化應(yīng)用在3D打印領(lǐng)域以后，可獲得完全意想不到的創(chuàng)新構(gòu)型。
南極熊報道的第二屆“天工杯”結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計暨增材制造大賽半決賽中，使用不超過30毫升的光敏樹脂材料開展擴散連接優(yōu)化設(shè)計，3D打印出來，承載載荷最高達(dá)9000N以上，而在第一屆“天工杯”大賽中，經(jīng)過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，40ml樹脂模型最大能承受7500N的壓力，真是不得不服這些設(shè)計師，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)進(jìn)步太快了。 
拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已在優(yōu)質(zhì)構(gòu)型設(shè)計上（構(gòu)造化材料、多層級結(jié)構(gòu)、多材料結(jié)構(gòu)及多功能結(jié)構(gòu)）開展了豐富的研究，可充分利用3D打印技術(shù)釋放極大的創(chuàng)新設(shè)計空間。如何將拓?fù)鋬?yōu)化（先進(jìn)的設(shè)計工具）與增材制造技術(shù)（先進(jìn)的制備工具）相結(jié)合，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新能力的飛速提升，必將成為未來10 年研究的重點和熱點。
之前南極熊有文章詳細(xì)介紹了3D打印與拓?fù)鋬?yōu)化，【深度好文】“拓?fù)鋬?yōu)化”與“3D打印”，那么都有哪些軟件可以可以進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化呢？
接下來南極熊就來為你盤點一些3D打印優(yōu)化軟件 ，供15款。
3DXpert
國際3D打印巨頭3D Systems旗下3DXpert能覆蓋整個金屬3D打印流程。一個集成軟件解決方案就能簡化您的工作流，消除各種生產(chǎn)障礙。3DXpert讓您高度靈活掌控金屬3D打印的設(shè)計與制造。構(gòu)建仿真提供仿真和分析工具作為設(shè)計環(huán)境的組成部分，使用戶在發(fā)送打印任務(wù)之前快速、精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)并修復(fù)增材制造問題。
使用本地CAD數(shù)據(jù)（實體&曲面/B-rep）工作，改善數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性，無需將文件轉(zhuǎn)換成三角面片 在混合建模（面片、實體和晶格）環(huán)境工作，使用基于歷史的參數(shù)化CAD工具，輕松在任何階段做變更 使用申請專利的3D分區(qū)功能，保持零件完整性的同時，加速打印時間。輕松分配不同打印策略到零件的不同區(qū)域，并無縫合并成一個掃描路徑 使用結(jié)構(gòu)優(yōu)化工具，最小化零件重量或應(yīng)用共形表面紋理，飛速創(chuàng)建和編輯微晶格 使用獨特的打印策略，考慮設(shè)計意圖和零件幾何形狀，生成最優(yōu)的掃描路徑 使用整個工作流程都采用的同一軟件系統(tǒng)，編程后處理操作（如鉆孔和銑削）
Materialise 3-matic 
Materialise 將超過27年的3D打印經(jīng)驗融入到一系列軟件解決方案和3D打印服務(wù)，其專為工業(yè)領(lǐng)域打造的Materialise Magics 3D 打印套件提供從創(chuàng)建設(shè)計、設(shè)計優(yōu)化、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到打印過程管理和質(zhì)量監(jiān)測的全套軟件系統(tǒng)。南極熊3D打印網(wǎng)注意到，其市場份額非常大。
Materialise 3-matic 是針對3D打印設(shè)計優(yōu)化打造的專業(yè)軟件。它能幫助您創(chuàng)建3D打印最優(yōu)設(shè)計，是3D打印流程的第一步。3-matic 在表面紋理、輕量化結(jié)構(gòu)、切片技術(shù)和后拓?fù)鋬?yōu)化等方面有杰出的優(yōu)勢。
享受自由設(shè)計、創(chuàng)造獨特或個性化的產(chǎn)品
設(shè)計多孔結(jié)構(gòu)可控制產(chǎn)品密度 通過輕量化設(shè)計節(jié)省材料、縮短打印時間并降低打印成本 改變和優(yōu)化空氣動力學(xué)、聲學(xué)和緩沖性能，或增加抓力 巧妙使用紋理結(jié)構(gòu)，避免人工繁重的后處理工作 強大的外部鏈接功能，鏈接多種仿真工具
通過 Materialise 3-matic 進(jìn)行設(shè)計
nTopology
由于可以創(chuàng)建出與自然相仿的更優(yōu)質(zhì)3D結(jié)構(gòu)，生成設(shè)計這種全新的設(shè)計方式正在迅速改變許多行業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的方式。
美國nTopology的生成設(shè)計軟件Element結(jié)合了CAD、CAM和仿真等多項現(xiàn)有技術(shù)，是一個基于功能的工程應(yīng)用，能創(chuàng)建出復(fù)雜且優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。
你可以將某個金屬工具的通用3D模型導(dǎo)入Element，然后選擇其整體或部分進(jìn)行優(yōu)化，還可以在此基礎(chǔ)上選擇采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。之后，Element便會給出一個生成、手動和基于仿真的設(shè)計工具的組合，讓用戶根據(jù)需求隨意改動和操縱結(jié)果。
Autodesk Netfabb
Netfabb除了基本性能上有所提高還添加了許多新功能，比如設(shè)計優(yōu)化、創(chuàng)建方針和打印機準(zhǔn)備 — 值得注意的是，這一切都能在一個單獨的環(huán)境內(nèi)實現(xiàn)，而這個環(huán)境還能與許多第三方工具兼容，其中就包括Autodesk自己的軟件。下面是新版Netfabb的一些主要特性：
· 可快速導(dǎo)入CAD文件并將其轉(zhuǎn)換成可編輯的STL文件
· 增添了更多3D打印模型的編輯和優(yōu)化工具
· 可創(chuàng)建打印仿真，預(yù)測金屬零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的
· 添加了一個能將模型布置到打印臺上并且能生成支撐結(jié)構(gòu)的新模塊
· 添加了新的生成設(shè)計工具，可提高模型強度并減輕其重量
· 添加了一個先進(jìn)的刀具路徑引擎，可通過調(diào)整打印參數(shù)（如速度、聚焦和激光功率）優(yōu)化打印件本身和打印效率
Altair
雷尼紹的山地自行車車架組件、Arup的建筑連接件、RUAG Space的天線支架、Thales Alenia Space合作的衛(wèi)星過濾器支架、voxeljet的汽車鋁合金輪架、VTT的液壓組件、APWorks的3D打印摩托車… …這些不勝枚舉的大牛作品都離不開Altair的軟件，目前，Altair成為3D打印設(shè)計領(lǐng)域的吸睛品牌。
Altair在20多年前開發(fā)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的時候，3D 打印制造工藝還不夠成熟。而這20年來，Altair的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)也因為沒有遇到最適合它的制造技術(shù)，而一直處于被市場聲音掩蓋的狀態(tài)中。如今，當(dāng)3D打印與之相遇，不僅激發(fā)了3D打印的潛能，也無疑給拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)插上了騰飛的翅膀。
隨著3D打印轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N嚴(yán)格意義上的制造技術(shù)，越來越多業(yè)界的目光投入到這一領(lǐng)域，而Altair的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)與仿真技術(shù)結(jié)合，使得設(shè)計師只需要給出載荷和工況，軟件將提供最高效能的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
西門子3D打印設(shè)計軟件NX
2017年，F(xiàn)rustum宣布為門子的NX軟件提供一個拓?fù)鋬?yōu)化生成器，而西門子將其加入到自己的這款端到端3D打印設(shè)計軟件NX中，西門子NX是西門子旗下PLM Software公司開發(fā)的一款交互式 CAD/CAM系統(tǒng)，功能十分強大，可輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)；已經(jīng)成為模具行業(yè)3D設(shè)計的主流應(yīng)用之一?，F(xiàn)在，隨著3D打印的普及，NX又成為了該技術(shù)的有力幫手，可以實現(xiàn)從設(shè)計到分析再到制造的整個相關(guān)流程。
GENESIS
GENESIS是一個將有限元求解器和高級優(yōu)化算法集于一體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件，主要用于結(jié)構(gòu)輕量化和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。用戶可以直接使用ANSYS、Nastran、Abaqus等有限元軟件的網(wǎng)格模型和載荷工況來進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。
GENESIS提供了豐富的優(yōu)化設(shè)計功能，包括拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化，尺寸優(yōu)化，形貌優(yōu)化，自由尺寸優(yōu)化和自由形狀優(yōu)化等，并支持混合優(yōu)化。
GENESIS優(yōu)化模型的構(gòu)建是基于高級近似概念方法，可以非?？焖倏煽康剡M(jìn)行優(yōu)化迭代，以獲得更快、最優(yōu)的設(shè)計。其優(yōu)化算法中采用了著名的的優(yōu)化算法包DOT和BIGDOT，計算效率更高，所需優(yōu)化迭代次數(shù)更少。
Generate
Generate的市場定位是為設(shè)計者的傳統(tǒng)設(shè)計提供并行的多種拓?fù)鋬?yōu)化過程以提升性能且易于3D打印。換句話說你可能不需要十分精通設(shè)計，甚至完全不明白拓?fù)鋬?yōu)化是怎么回事，你只需要往Generate的平臺上上傳一個現(xiàn)成的設(shè)計，其余的事情交給Generate平臺了，經(jīng)過系統(tǒng)的計算，你可以很輕松的拿到滿足產(chǎn)品性能要求的最終優(yōu)化設(shè)計。這樣一款神器，Generate已經(jīng)引起了工業(yè)界的關(guān)注，這其中就包括西門子，南極熊了解到Generate已經(jīng)獲得了西門子的風(fēng)險投資資金。
Generate平臺是為制造業(yè)的設(shè)計所服務(wù)的，平臺所產(chǎn)生的無縫設(shè)計特點使的產(chǎn)品輕松獲得最佳的剛性，并且在不同載荷下分配材料。光滑和混合的表面，減少重量，并盡量減少應(yīng)力集中，從而使設(shè)計優(yōu)化完成后就適應(yīng)增材制造，而不需要手動重新設(shè)計。
Generate平臺提供三個版本：免費、專業(yè)級、企業(yè)級?，F(xiàn)在任何人都可以在generate網(wǎng)站注冊后在線使用該程序，與所有的SaaS模式軟件平臺一樣，用戶也可以按月付費。
Tosca軟件
TOSCA Structure是德國Fe-design公司開發(fā)的目前在國際上處于領(lǐng)先地位結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件系統(tǒng)，目前已被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、機械制造、加工工業(yè)等眾多領(lǐng)域，并被奧迪、寶馬等世界知名公司所采用，作為其進(jìn)行產(chǎn)品虛擬開發(fā)的軟件工具。拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的模型通過FDM熔融沉積3D打印技術(shù)制造出來后重量減輕了將近三分之一。
TOSCA Structure 是標(biāo)準(zhǔn)的無參結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)，可以對具有任意載荷工況的有限元模型進(jìn)行拓?fù)洹⑿螤詈图訌娊顑?yōu)化。在優(yōu)化過程中，可以直接使用已存在的有限元模型。TOSCA Structure 是進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的每一迭代過程均在外部求解器中進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過采用眾多業(yè)界認(rèn)可的優(yōu)化器進(jìn)行優(yōu)化求解，保證了優(yōu)化結(jié)果的高質(zhì)量。 這樣做的另一大優(yōu)點是用戶可以在自己熟悉的求解器以及前后處理環(huán)境下工作，而不需培訓(xùn)來熟悉另外一個陌生的軟件環(huán)境。通過 TOSCA Structure內(nèi)部各程序的相互作用可以完成新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在CAD/CAE系統(tǒng)中從概念到成品的閉環(huán)優(yōu)化設(shè)計過程。
SOLIDWORKS Simulation
SOLIDWORKS Simulation 2018引入了一種新的研究類型–拓?fù)溲芯?，幫助設(shè)計人員和工程師能夠開發(fā)出創(chuàng)新的最小質(zhì)量的元件。在線性靜態(tài)載荷和約束的條件下，拓?fù)溲芯繉挠邢拊W(wǎng)格中“移除”元素，直到達(dá)到目標(biāo)質(zhì)量或最好的剛度和重量的尺寸比例為止。
這種元素去除的迭代過程受限于研究限制，例如最大允許撓度和任何制造控制。讓我們通過一個簡單的例子來深入研究這個新的研究。該模型如上圖所示，是一個簡單的氣體輔助鉸鏈提升機構(gòu)，其任務(wù)是在保持其剛度的同時，優(yōu)化藍(lán)色部分部件的設(shè)計，以減少其質(zhì)量。
solidThinking
solidThinking最出名的兩款軟件是Insprie和 Evolve。Inspire不僅集成了強大的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，還可以無縫對接其他的CAD軟件，使得設(shè)計師不需要懂得復(fù)雜的CAE知識就可以達(dá)到高效的建模水平。Evolve則提供了一個高度融合的三維建模和渲染環(huán)境，使得設(shè)計師更高效的對各種設(shè)計方案進(jìn)行評估、研究以及可視化。
solidThinking Inspire擁有顛覆性的設(shè)計理念，在一個友好易用的軟件環(huán)境中提供“仿真驅(qū)動設(shè)計”的創(chuàng)新工具。它應(yīng)用于設(shè)計流程的早期，為設(shè)計工程師量身定制，幫助他們生成和探索高效的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Inspire采用Altair先進(jìn)的OptiStruct優(yōu)化求解器，根據(jù)給定的設(shè)計空間、材料屬性以及受力需求生成理想的形狀。根據(jù)軟件生成的結(jié)果再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，既能減少整個設(shè)計流程的時間，還能節(jié)省材料及減重。
OptiStruct
Altair OptiStruct是一個基于有限元技術(shù)的概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計優(yōu)化工具。OptiStruct在給定的設(shè)計空間中能夠自動計算最優(yōu)的設(shè)計方案。廣泛應(yīng)用于概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計階段，滿足所有行業(yè)的優(yōu)化設(shè)計需求——靈活的制造加工約束、廣泛的優(yōu)化響應(yīng)類型、高度集成的應(yīng)用環(huán)境
拓?fù)鋬?yōu)化
在產(chǎn)品研發(fā)的初始階段，用戶定義產(chǎn)品的設(shè)計空間、設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計約束和加工制造條件等信息，OptiStruct將根據(jù)這些信息求解出一個不僅滿足設(shè)計約束，而且達(dá)到各項性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計方案。
形貌優(yōu)化
許多零件上經(jīng)常采用加強筋來提高剛度。OptiStruct的形貌優(yōu)化技術(shù)可以指導(dǎo)用戶設(shè)計出滿足設(shè)計要求的最佳加強筋布局，已被成功應(yīng)用于以提高結(jié)構(gòu)剛度和降低噪聲為目的的概念設(shè)計中。
自由尺寸優(yōu)化 形狀優(yōu)化 ........
ANSYS
ANSYS工具主要分三塊
1、 workbench 增材分析模塊，這個是為設(shè)計者使用的，使用門檻不高。
2、 ANSYS 增材打印模塊，這個是為增材設(shè)備操作人員，工藝工程師使用準(zhǔn)備的，使用門檻低。
3、 ANSYS 增材研究模塊，這個是為增材材料專家， 工藝專家使用準(zhǔn)備的，使用門檻相對偏高。
基于增材進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，在工程設(shè)計師層面，設(shè)計師需要在產(chǎn)品的功能要求，需求方面梳理出來后，基于設(shè)計空間，目標(biāo)，約束條件，利用Workbench搭建分析流程，再使用ANSYS topology優(yōu)化進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，再利用SpaceClaim進(jìn)行表面的光滑光順，然后再利用Mechanical進(jìn)行性能校核，同時利用workbench 增材分析模塊，快速分析打印后的變形和應(yīng)力問題，使得在產(chǎn)品設(shè)計階段對被打印件的擺放方式，支撐施加方式，如何通過產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計，保證打印工藝的效果。 設(shè)計者確定產(chǎn)品最終設(shè)計后，通過ANSYS 增材打印模塊分析，快速在設(shè)備，粉末以及打印工藝參數(shù)的匹配組合上，找到快速的工藝參數(shù)組合，減少打印的試錯次數(shù)，保證打印控形方面的變形，應(yīng)力結(jié)果。 完成初步打印參數(shù)組合后，利用ANSYS 增材研究模塊，分析模擬得到打印成型后的微觀結(jié)構(gòu)，金相組織和孔隙率等微觀結(jié)果。
Simright Toptimizer
Simright Toptimizer是一款在線機械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化軟件，它可以幫助您快速做出結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，讓你的設(shè)計趨向輕量化、高效、創(chuàng)新，而且使用簡單，即便是沒有工作經(jīng)驗，也可以快速掌握，完成結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，讓結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化工作變得更加簡單。
imright Toptimizer主要特性
1、基于Web瀏覽器，可隨時隨地使用，無需安裝軟件；
2、簡單易用，適用于CAE初學(xué)者及高級用戶，幾分鐘就可以掌握，5分鐘即可完成一次拓?fù)鋬?yōu)化計算；
3、強大的自動化網(wǎng)格劃分功能；
4、拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果支持光順化和導(dǎo)出STL格式。
ISIGHT
Isight是最優(yōu)秀的綜合性CAE軟件之一，它通過一種搭積木的方式快速耦合各種仿真軟件，將設(shè)計流程、優(yōu)化算法、近似模型組織到一個統(tǒng)一的框架中，自動運行仿真軟件，完成“分析—優(yōu)化—模型修正—再分析再優(yōu)化”整個流程，從而消除了傳統(tǒng)設(shè)計流程中的“瓶頸”，使整個設(shè)計流程實現(xiàn)全數(shù)字化和全自動化。從而替代工程設(shè)計者進(jìn)行重復(fù)性、易出錯的數(shù)字和設(shè)計處理工作。
Isight在縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面，已經(jīng)成為航空、航天、汽車、兵器、船舶、電子、動力、機械、教育科研領(lǐng)域首選的過程集成、設(shè)計優(yōu)化和可靠性穩(wěn)健設(shè)計的綜合解決方案。
總結(jié)
整體結(jié)構(gòu)層級化、材料屬性梯度化、功能結(jié)構(gòu)一體化、結(jié)構(gòu)多功能化已成為新結(jié)構(gòu)與材料的重要發(fā)展方向?；谠霾闹圃旃に嚕黄苽鹘y(tǒng)設(shè)計“極限”，研發(fā)整體化、輕量化、低成本的高性能新結(jié)構(gòu)和材料是新一代重大/ 高端裝備與結(jié)構(gòu)研制的迫切需求。
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