【增材设计】蜘蛛形支架：Altair，Materialise和Renishaw的拓扑优化项目

案例分享

Materialise与Altair、Renishaw一起合作，创建了蜘蛛形支架的研发项目。 它最初的设计是基于连接建筑玻璃板角落的支架，用在中庭以及地板到天花板的玻璃窗上。支架的惊人之处在于它包含了混合的点阵结构，并且用钛合金成功地进行了3D打印。 这个设计是不能通过传统方式来制造的。 最终成品制造的成功归功于对Altair基于点阵的优化软件、Materialise的Magics、3-matic和Build Processor软件的专业应用以及对Renishaw金属增材系统的高级设置。

遵循自然的有机形态

蜘蛛形支架模仿了可以在自然界找到的生物结构。Altair的拓扑优化软件创建了一个既轻便又有足够强度的独特的有机形状。点阵结构也能提供稳定性和理想的热性能。然而，经过拓扑优化的模型在打印之前需要进行充分的平滑处理。

粗糙表面的数据

平滑后的表面

拓扑优化产生了实体区域和点阵结构区域。 点阵和实体网格之间的不规则交界使得3D打印变得困难并且可能导致应力积聚。 这意味着边缘的几何形状需要重建，因此需要Materialise 3-matic软件发挥作用。 有了这个设计优化软件，Materialise的设计工程师轻松地将粗糙的表面数据转换为具有光滑表面的模型。

具有点阵结构的实体网格

除了不规则的几何形状外，连接在点阵上的支撑结构可能会在激光熔化过程中产生问题。 例如，当您去除支撑时，点阵结构也会脱落。 为了防止这个问题的发生，我们的工程师在需要支撑的点阵结构下放置了一层薄的实体材料。 在某些特定区域，运用Materialise 3-matic对设计进行小幅改善，还可以减少必要支撑结构的数量。

点阵结构下方的额外实体材料

为金属3D打印进行数据准备

经过设计改良后，工程师运用Materialise Magics添加三家公司的徽标，找到最佳的摆放角度，将部件摆放在打印平台内并生成支撑结构。 良好的支撑结构不仅仅能在打印过程中支撑零件，而且能发挥更大的作用。 它可以最大限度地减少变形，从而使整个打印过程顺利完成。

使用我们的金属支撑生成（SG+）模块，可以做到将零件固定在平台上并向其传递热量。 作为我们信赖的合作伙伴，Renishaw使用Materialise Magics，它可以更好地控制金属3D打印的支撑结构。

最后阶段

通常庞大而复杂的文件很难处理和操作，但在这个案例中，结构的计算被推迟到切片这个步骤。通过使用Materialise为Renishaw开发的Build Processor中的基于切片的技术，在切片级而不是STL级处理蜘蛛形支架的3D模型，使得文件尺寸明显减小。于是构建文件使用Renishaw指定的材料参数进行切片和测试。之后通过Renishaw开发的专业技术和工艺，该部件用钛合金完成了打印。

Build Processor软件截图

 “对于每个3D打印项目，确定零件是否可以被成功打印至关重要。为此，Materialise开发了一整套软件解决方案，以验证并确保即使是最复杂的部件也可以被打印。在蜘蛛形支架的案例中，我们基于切片的软件通过创建更易于控制的“轻量级文件”来确保Altair OptiStruct团队生成的轻量级结构的可打印性。这些数据通过Materialise为Renishaw开发的Build Processor无缝传输到打印机上，使这个不可能完成的项目通过3D打印成为现实。”——Materialise 3D打印业务总监Lieve Boeykens

利用Materialise Magics产生的金属支撑结构

引人注目的蜘蛛形支架已经成功完成，它实现了将近4GB数据的转化。 其前所未有的设计和独特的方案组合为金属3D打印开创了新时代。