3D打印的尽头是写代码?30秒玩懂计算工程设计
昨天那篇散热器代码生成的文章发出去之后,有读者反馈想看更具体的东西。
延伸阅读:散热器设计不再画图,全靠写代码计算直出
确实,计算工程这件事光靠文字讲再清楚也是隔着一层。
工程师不画图改成写代码,代码自己长出换热器,听起来像玄学。
有符号距离场、隐式表面、voxel网格这些词,更是连图都不知道怎么配。
于是与其再写一篇文章配几张图,不如亲手做个网页交互玩一下。

接下来几个小时改了五版,每一版的修改都跟3D打印的某个真应用问题有关。
最后做出来的东西,更像是一次计算设计思维的训练。

把零件放回它真实工作的地方
省略一系列开发迭代的过程。
最终这一版的核心改动只有一句话:
每个场景都做成完整的工程工况图,不再是孤立的结构。
换热器
不再是抽象的圆形阵列,做成一张航电液冷板的剖视图。

顶部是发热的FPGA芯片标着350W TDP,下面是液冷板,左边蓝色入口标25°C,右边红色出口标85°C,绿色的流体方向虚线在动,微通道颜色从冷端到热端渐变。
调参数时右侧实时显示温升、流速、压降。

延伸阅读:3D打印水冷散热模拟小游戏,体验英伟达显卡随时烧毁
选这个案例不是随便选的。
液冷板是金属3D打印这几年最火的应用之一。
机载电子设备发热越来越严重,3D打印直接把流道密度的上限往上推一截,省下的重量和体积对飞行器来说每一克都值钱。
火箭喷管
做成完整点火工况。
燃烧室入口标3000K,金属壁喷管轮廓清晰,内腔是高温区色,出口下方是会抖动的火焰动画,冷却通道用蓝点串成两列嵌在壁里,右下角标着LH₂ 90K再生冷却入口。

调喉部和出口能看火焰大小变化,调冷却通道数能看到蓝点在壁里疏密变化。
火箭推进这个场景对应的现实是各个商业航天公司。
再生冷却通道传统工艺要焊接几百个接头,可靠性是噩梦。
3D打印一次成型,整个推进系统的制造逻辑被重写了一遍。
机翼支架的Gyroid点阵
放进一个钛合金机翼支架里。上下是带螺栓孔的连接板,中间圆形区域是Gyroid填充,顶上有红色气动载荷箭头标4.5 G。
这种支架在传统设计里就是实心铸件,重得要命。
换成Gyroid填充能减重40%以上,刚度保持90%以上。

骨植入物
做成颈椎C5-C6椎间融合器。
上下两块椎骨清楚标出,中间是钛合金融合器,外形指数滑块能从圆形滑到方形,对应真实临床的两种构型。
最妙的是上下绿色箭头代表骨长入方向,当孔隙率超过55%而且孔径超过250μm时,绿色箭头自动变亮,右上角显示骨长入条件理想,否则显示孔隙率或孔径不足。

总之我们希望读者一眼能知道每个场景是什么零件、装在哪、解决什么问题,然后才会有耐心去玩参数。
建立工程上下文这一步,比任何视觉优化都重要。
计算设计思维到底是什么
做完这个项目我们也才真正理解,计算工程是一种新的设计思维方式。
传统设计思维是这样的,先在脑子里想象一个零件长什么样,然后在三维软件里把它画出来,再用CAE算算受力对不对、热传导够不够,不行就回去改图。
零件的形状是先验的,物理性能是事后验证的。
计算设计思维是反过来的。
可以先把工程目标写成约束(要换多少热、扛多大力、装多大空间),再把领域知识写成函数(流道怎么排、点阵怎么填、孔隙怎么分布),剩下的几何结构让算法自己长出来。
理想状态下,如果算法得当,零件的形状是后验的,是物理性能反推出来的结果。
这个反转看起来微妙,但意义巨大。
这种思维方式没法靠读论文学会,必须自己在参数里反复拖动,看物理约束如何把几何形状逼出来。
所以我们才想要做这个网页。
这个网页能干什么
打开它就能玩。
四个Tab切换四个场景,每个场景一张工程工况图(带温度、力学、流向标注),下面一张距离场实时图,旁边两个金黄色指标数字。

右侧是参数面板,下面是实时生成的伪代码,参数改变代码跟着改。
几句话推广我们的原创页面
如果您是3D打印从业者,可以亲手感受一下算法生成几何和画图建模的区别,三分钟可能胜过读一篇综述。
如果您是工程师或学生,每个滑块都对应一个工程现实,玩一遍换热器、喷管、点阵、植入物四个场景,说不定计算设计思维就建立起来了。
如果您是创业者或投资人,希望可以帮助从底层理解金属3D打印的下一波竞争力在哪里。

我们过去做的一系列交互实验室都放在了同一个地方:
除了今天这个类似Leap71 PicoGK算法的交互页,之前做的几个3D打印相关的可玩页面也都在那里。
延伸阅读:
3D打印这个行业有太多东西,光读字读不明白,亲手玩一下更直观。
点击此处直接开玩计算工程设计。
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