DARPA变革性设计TRADES项目旨在开发基础设计工具，帮助设计师更好地利用增材技术的功能。最近,西门子技术完成了这个项目的软件项目工作。我与西门子(Siemens)研究部门首席研究员马克•伯霍(Mark Burhop)聊了聊这些进展。以下是采访的重点内容。
DARPA喜欢做大事，该组织要求项目中的人员将软件改进几个数量级。
其中一个挑战是开发设计工具，以跟上增材制造的发展。格子和有机形状等特征以及类似的功能对设计软件的标准边界表示方式是一个挑战。
Burhop说:“我们正在探索一些与表示几何有关的事情，例如，它应该是算法还是几何。我们提出的概念基本上是用程序来表示几何图形。这背后的思想是，与其实例化所有的几何图形，我们想要懒散地局部地计算那个几何图形。对比这与典型的表示，这是所有的面和显示。
“懒惰意味着你的电脑内存中没有所有的几何图形。只在需要时创建几何图形。
“局部意味着如果你有一个非常复杂的部分，你不必把整个部分都放在那里。您只需要实例化部分中当时重要的部分。
“一个类比是DNA。你可以把DNA想象成一个程序。例如，如果你想研究大象，它们很大，占据了很多空间，但大象的DNA是紧凑的。它是告诉你如何创造大象的程序。它告诉大象如何在不同的环境中成长，做不同的事情。这是一种更简洁的传递信息或做不同事情的方式。
预计CAD软件、计算硬件，甚至设计过程都将经历一系列变化，以跟上增材技术的发展。正如Burhop所指出的，今天的设计不仅仅是创建一些CAD软件。它还可以分析、模拟和优化设计。除此之外，优化还必须考虑可制造性。
展开设计工作
随着设计变得越来越复杂，一种方法是将工作分散到多个cpu和其他资源中。
伯霍说:“例如，假设你有一件非常巨大、复杂的作品;这个东西的质量是巨大的，非常复杂。今天你坐下来，你的电脑会计算所有这些。但如果你有很多几何，你不可能到处都这样做。
“所以，你会考虑将数据分布在多个cpu、多台计算机上，这样每一小块都可以计算。一个负责角落，另一个负责中间，另一个负责另一个角落。最后，你把它们放在一起。模拟和优化也是一样。
“我认为，也许未来的CAD不是在单一平台上，而是在云上或高性能集群上的可扩展计算机上建立一个接口。”
最好使用多种材料
拓扑优化、生成式设计、格子优化等等都有不同的定义。Burhop认为生成式设计是用计算机开发的东西，拓扑优化是生成式设计的一部分。其他部分也可以包括格子。
Burhop最感兴趣的领域之一是探索拓扑优化和多种材料，”这是添加剂的未来希望之一，你可以开始混合材料，有更多的材料选择，等等。
“颜色作为一种属性很好，但作为一名机械工程师，我们想改变硬度，我们想改变耐久性，还有很多其他的东西。”
晶格有时可以被认为是一种元材料——一种建筑材料——你有一些与实际材料不同的材料属性。如果你在金属中有一个晶格作为块属性，你就会有不同于实际金属的材料属性。
现在，当你开始做一些拓扑优化你在设计的不同点上考虑不同的材料属性，你可以开始考虑这些点如何可以是不同的材料，但也可以是不同的晶格或你所做的晶格类型。
如果你不能用多种材料来控制材料的属性，晶格是使用单一材料的好方法，同时还能获得材料属性的变化。
Burhop指出，当你谈论设计空间时，你可以为设计做的所有事情，它真的打开了很多东西，特别是随着添加剂的增长和设计技术的发展，你可以将它们指定为你需要的属性。
软件的进步
在增材开发中，有三样东西:机器、材料和软件。机器和材料的开发一直在进行，现在软件是重点。
拓扑优化就是一个很好的例子，因为它不太适合钣金弯曲或其他传统制造工艺。但如果你想制造一个附加部件，这是很好的。拓扑优化和加法结合得很好。我认为格子和任何复杂的几何都是一样的。我认为这些需求才是软件真正的亮点。
Burhop和他的团队花了一些时间在TRADES资助下研究晶格软件。“你现在看到的很多晶格软件往往具有非常规则的晶格形状。它们有这些单位细胞它只是一个复制的单位细胞。
“然而，我们要做的(我们不叫它们单位细胞)，但如果你想到单位细胞，我们可以让它们扭曲、改变、缠绕在物体周围，做各种神奇的事情，而几何形状在各处都不相同。所以，有一些强大的事情是可以做到的。
“现在还在研究阶段。但更好的软件即将问世。这只是客户需求的问题，你知道CAD公司是怎么做的。我是做研究的。对我来说，它来得再快也不够，但这在很大程度上取决于客户对这类产品的需求有多快，以及他们推动产品的速度有多快。
“但软件中对晶格设计功能的需求很大，特别是在航空航天和目前的航天工业中。如果你能减轻东西的重量，这将是一笔巨大的节省。其他的东西，比如防护装备，橄榄球联盟的头盔或者骑自行车的人，甚至你的鞋子，你会看到很多格子。用新材料，尤其是聚合物制成的保形晶格正变得越来越流行。阻尼振动，我还可以举几个其他的例子。”
在鞋子上，你不一定要填补空白。鞋子的底部是实心的，上面的支撑物也是实心的，但是格子可以穿过。
在火箭的内壳和外层之间可能会有空间，那里可能会有很多振动。你可以用晶格吸收很多振动。
散热器和其他你想要传导热量的地方，但你也想利用对流的优势可以在设计中使用格子。
未来
Burhop响应了许多工程师的需求，当涉及到增材技术时，更多类型的材料，更高的精度，以及部件的可预测性。
“我们在模拟不同的过程方面做了很多工作，并能够预测最终的形状。我希望这种情况能继续下去，并开始真正改善，这样我们就可以利用增材制造的灵活性。
Burhop在西门子技术公司工作的团队专注于对公司其他业务部门的研究和支持，以及对DARPA、能源部、美国制造等部门的支持。
“我们试图做的是将这项技术从低准备水平提升到可以在现实世界中由真正的制造商和真正的产品设计师使用的程度。
了下:快速制造零件
