3D打印与仿生学：相得益彰的技术捷径

乔布斯(Steve Jobs) 一经说过，21世纪好的立异是将生物学与技术相交叉。

工业制造领域中有许多零部件或机械的设计都是从生物学中获得的灵感，好比说潜艇的设计是从海豚体形或皮肤结构中获得的灵感….这样的例子在工业领域另有许多许多。

那么，为什么我们需要将生物学的看法引入制造中呢？大自然创立的生物结构巧妙而庞大，人们如何将这些大自然的作品“复制”到工业制造中呢？日益生长的智能化设计软件与3D打印技术为我们提供了一条创立仿生结构的捷径。

从自然进化的天然结构中寻找技术解决计划

生物具有的功效可以说比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功效的一门学科。

植物和动物在几百万年的自然进化当中能够完全适应自然。仿生学的意义在于从技术方面模仿动物和植物在自然中的功效，这为生物学和技术架起了一座桥梁，并且为解决技术难题提供了新的思路。通过再现生物学的原理，人类找到了许多技术上的解决计划。

好比说，犀鸟的喙很是简洁，它是一种典范的功效集成结构。

犀鸟的喙

从犀鸟喙部的解剖图中可以看出，分派在三维空间中简单物质具有生成多个功效的可能性，这一巧妙的结构可以很好地转化为人为技术，例如模仿这一结构进行飞机机翼的仿生设计优化。

丹麦技术大学机械工程系副教授Niels Aage?曾领导团队对一架波音777客机的机翼进行了设计优化，优化结果与犀鸟喙很是相似。

与原有机翼相比，优化结果要轻2%-5%，也就是约减重200-500公斤，从本钱角度上看，这意味着使用这类机翼的飞机每年将节省40-200吨燃油。

波音3D打印机翼

不过由于优化设计获得的设计计划过于庞大，古板制造技术是无法制造的，理论上只有通过一台足够大的3D打印机才华制造如此庞大的仿生结构。虽然目前还没有如此大的3D打印设备能够将这一仿生设计制造出来，但这一仿生设计计划，依然对飞机轻量化设计探索具有重要意义。

那么像这样庞大的仿生机翼结构是如何设计的呢？尊龙凯时3D了解到，Aage?的团队使用了一种新算法，通过法国居里超等盘算机，进行了400次优化才终获得了这样的优化结果，机翼中的仿生架构都是由盘算机自动生成的。

创成式设计可以资助设计师优化零件强度重量比，可以模仿自然结构生长的方法，创立出强大的结构，同时极大限度地减少质料的使用。

例如，人体骨骼具有庞大的内部和外部特征，由硬质外皮（骨皮质）骨形成刚性外层，但还需要允许血管这样软弱的组织穿过骨骼内部的蜂窝状结构。这种蜂窝质料由胶原纤维组成，具有令人难以置信的抗拉强度和抗压强度。因此，蜂窝结构已经被大宗需要轻量化的结构所接纳，从飞机涡轮叶片到生活中不起眼的纸板箱中。在所有这些应用中，蜂窝使得零件更坚固和更轻。

创成式设计是一个人机交互、自我立异的历程。凭据输入者的设计意图，通过”创成式”系统，生成潜在的可行性设计计划的几何模型，然后进行综合比照，筛选出设计计划推送给设计者进行决策。

通俗理解创成式设计是一种通过设计软件中的算法自动生成艺术品、建筑模型、产品模型的设计要领。创成式设计是一种参数化建模方法，在设计的历程中，当设计师输入产品参数之后，算法将自动进行调解判断，直到获得优化的设计。目前比较有名的创成式设计软件包括欧特克的Within，欧特克的Dreamcatcher，西门子的Solid Edge ST10等。

创成式设计将引发设计师通过手动建模不易获得的思想灵感，创立出拥有不寻常的庞大几何结构设计作品。3D打印技术由于可以将庞大的设计转化为现实，注定已成为创成式设计的“好同伴”。

尊龙凯时

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