3D打印的盡頭是寫代碼？30秒玩懂計算工程設(shè)計

AM易道分享

昨天那篇散熱器代碼生成的文章發(fā)出去之后，有讀者反饋想看更具體的東西。

確實，計算工程這件事光靠文字講再清楚也是隔著一層。
工程師不畫圖改成寫代碼，代碼自己長出換熱器，聽起來像玄學(xué)。
有符號距離場、隱式表面、voxel網(wǎng)格這些詞，更是連圖都不知道怎么配。

于是與其再寫一篇文章配幾張圖，不如親手做個網(wǎng)頁交互玩一下。

接下來幾個小時改了五版，每一版的修改都跟3D打印的某個真應(yīng)用問題有關(guān)。

最后做出來的東西，更像是一次計算設(shè)計思維的訓(xùn)練。

把零件放回它真實工作的地方
省略一系列開發(fā)迭代的過程。

最終這一版的核心改動只有一句話：

每個場景都做成完整的工程工況圖，不再是孤立的結(jié)構(gòu)。

換熱器

不再是抽象的圓形陣列，做成一張航電液冷板的剖視圖。

頂部是發(fā)熱的FPGA芯片標(biāo)著350W TDP，下面是液冷板，左邊藍(lán)色入口標(biāo)25°C，右邊紅色出口標(biāo)85°C，綠色的流體方向虛線在動，微通道顏色從冷端到熱端漸變。

調(diào)參數(shù)時右側(cè)實時顯示溫升、流速、壓降。

選這個案例不是隨便選的。

液冷板是金屬3D打印這幾年最火的應(yīng)用之一。

機載電子設(shè)備發(fā)熱越來越嚴(yán)重，3D打印直接把流道密度的上限往上推一截，省下的重量和體積對飛行器來說每一克都值錢。

火箭噴管

做成完整點火工況。

燃燒室入口標(biāo)3000K，金屬壁噴管輪廓清晰，內(nèi)腔是高溫區(qū)色，出口下方是會抖動的火焰動畫，冷卻通道用藍(lán)點串成兩列嵌在壁里，右下角標(biāo)著LH? 90K再生冷卻入口。

調(diào)喉部和出口能看火焰大小變化，調(diào)冷卻通道數(shù)能看到藍(lán)點在壁里疏密變化。

火箭推進這個場景對應(yīng)的現(xiàn)實是各個商業(yè)航天公司。

再生冷卻通道傳統(tǒng)工藝要焊接幾百個接頭，可靠性是噩夢。

3D打印一次成型，整個推進系統(tǒng)的制造邏輯被重寫了一遍。

機翼支架的Gyroid點陣

放進一個鈦合金機翼支架里。上下是帶螺栓孔的連接板，中間圓形區(qū)域是Gyroid填充，頂上有紅色氣動載荷箭頭標(biāo)4.5 G。

這種支架在傳統(tǒng)設(shè)計里就是實心鑄件，重得要命。

換成Gyroid填充能減重40%以上，剛度保持90%以上。

骨植入物

做成頸椎C5-C6椎間融合器。

上下兩塊椎骨清楚標(biāo)出，中間是鈦合金融合器，外形指數(shù)滑塊能從圓形滑到方形，對應(yīng)真實臨床的兩種構(gòu)型。

最妙的是上下綠色箭頭代表骨長入方向，當(dāng)孔隙率超過55%而且孔徑超過250μm時，綠色箭頭自動變亮，右上角顯示骨長入條件理想，否則顯示孔隙率或孔徑不足。

總之我們希望讀者一眼能知道每個場景是什么零件、裝在哪、解決什么問題，然后才會有耐心去玩參數(shù)。

建立工程上下文這一步，比任何視覺優(yōu)化都重要。

計算設(shè)計思維到底是什么

做完這個項目我們也才真正理解，計算工程是一種新的設(shè)計思維方式。

傳統(tǒng)設(shè)計思維是這樣的，先在腦子里想象一個零件長什么樣，然后在三維軟件里把它畫出來，再用CAE算算受力對不對、熱傳導(dǎo)夠不夠，不行就回去改圖。

零件的形狀是先驗的，物理性能是事后驗證的。

計算設(shè)計思維是反過來的。

可以先把工程目標(biāo)寫成約束（要換多少熱、扛多大力、裝多大空間），再把領(lǐng)域知識寫成函數(shù)（流道怎么排、點陣怎么填、孔隙怎么分布），剩下的幾何結(jié)構(gòu)讓算法自己長出來。

理想狀態(tài)下，如果算法得當(dāng)，零件的形狀是后驗的，是物理性能反推出來的結(jié)果。

這個反轉(zhuǎn)看起來微妙，但意義巨大。

這種思維方式?jīng)]法靠讀論文學(xué)會，必須自己在參數(shù)里反復(fù)拖動，看物理約束如何把幾何形狀逼出來。

所以我們才想要做這個網(wǎng)頁。

這個網(wǎng)頁能干什么

打開它就能玩。

四個Tab切換四個場景，每個場景一張工程工況圖（帶溫度、力學(xué)、流向標(biāo)注），下面一張距離場實時圖，旁邊兩個金黃色指標(biāo)數(shù)字。

右側(cè)是參數(shù)面板，下面是實時生成的偽代碼，參數(shù)改變代碼跟著改。

幾句話推廣我們的原創(chuàng)頁面

如果您是3D打印從業(yè)者，可以親手感受一下算法生成幾何和畫圖建模的區(qū)別，三分鐘可能勝過讀一篇綜述。

如果您是工程師或?qū)W生，每個滑塊都對應(yīng)一個工程現(xiàn)實，玩一遍換熱器、噴管、點陣、植入物四個場景，說不定計算設(shè)計思維就建立起來了。

如果您是創(chuàng)業(yè)者或投資人，希望可以幫助從底層理解金屬3D打印的下一波競爭力在哪里。

我們過去做的一系列交互實驗室都放在了同一個地方：

amyidao.com/bslab

除了今天這個類似Leap71 PicoGK算法的交互頁，之前做的幾個3D打印相關(guān)的可玩頁面也都在那里。

3D打印這個行業(yè)有太多東西，光讀字讀不明白，親手玩一下更直觀。

此版本PC端比移動端體驗更佳。