前言
伴隨3D列印設備、材料與技術的演進，3D列印應用
3-matic 3D列印優化軟體
Materialise 3-matic是一套出色3D列印優化軟體，可直接在STL上將拓撲優化後的數據調整、設計減重(輕量化3D設計)、3D紋理設計，透過流道結構、晶格結構設計和隨形結構來改進原設計，增強結構為積層設計製造做好準備，在有限元分析之前重新設計零件表面，將網格重新轉換為CAD。同時，Materialise 3-matic也是金屬3D列印過程中設計調整的最佳3D列印優化軟體。
3-matic 輕量化晶格結構六大功能
一、3D列印設計優化
3-matic是一款晶格設計最佳化的3D列印優化軟體，能夠從網格層級優化和修改設計，並且使用CAD設計、掃描數據和3D拓樸優化模型作為開始。
二、3D拓樸優化後處理
3-matic提供3D拓樸優化後處理，使粗糙的原始表面光順。可避免文件轉換至CAD過程中產生的複雜步驟，也能防止有限元分析過程中出現更為複雜的情況和可能的集中應力。
三、紋理、圖案和穿孔
透過3D紋理設計模組不僅可以設計(重構)CAD、掃描和3D拓樸優化數據，還可以用極富美學性或功能性的紋理、圖案或孔洞應用到STL文件中的複雜3D形狀，進一步增加積層設計製造的價值。
－ 繪製3D紋理 | 輕鬆將貼圖轉換成3D紋理設計
四、輕量化3D設計和多孔結構設計
透過不同的晶格設計最佳化，可以用來增強抗壓能力，提供緩衝、提高孔隙率或者減輕設計的重量。晶格結構設計可針對內部實體或外部輪廓設計多種不同的陣列結構、隨形結構或無序結構，用戶也可自由地在零件上創建自己想要的結構，導入STL或者賦予需要的網格參數，在不轉成STL的情況下直接列印或有線元素分析。
五、將網格轉換成CAD
3-matic CAD Link模組輕鬆將網格文件轉換成CAD文件。這一轉換可識別零件當中的分析形狀，生成完整參量文件，無須從草圖開始設計。
六、實現工作流程自動化
Scripting模組可實現自動化，加快處理速度並獲得更多控制功能。它配有Phthon API並可訪問3-matic對象和功能。該模組還擁有一個完整的控制台，包括自動補全功能和內置的易用腳本編輯器。
選擇3-matic 3D列印優化軟體4大理由
享受自由設計、創造獨特或個性化的產品
輕量化3D設計節省材料、縮短列印時間並降低列印成本
改變和優化空氣動力學、聲學和緩衝性能，或增加抓力
巧妙使用紋理結構，避免人工繁重的後處理工作
強大的外部連結功能，連結多種模擬工具
電腦規格
3-matic 3D列印優化軟體
硬體需求
(最低)
系統軟體
(最低)
Materialise全球工業和醫學研究3D設計軟體解決方案的領先廠商，旗下的3-Matic是一套用於3D紋理設計、晶格結構設計和3D拓樸優化後處理的軟體，包括1個主模組(支援STL數據導入、零件修復、零件編輯、分析檢查和檔案導出)和5個附加模組。
▲ Materialise 3-matic 3D列印優化軟體模組一覽表
五個附加模組介紹
1. All Import 集成式導入模組
可直接導入CAD資料，生成STL資料。包括IGES，VDA，Vrml, Catia V4, V5和V6， UG, Pro-E和STEP文件。另外，還可為點雲資料提供導入和網格劃分功能。
2. CAD Link模組
可以將檔匯出回到CAD中。這個模組組合了分割工具和智慧自動拆分，可以將STL檔轉換成IGES或者STEP格式。在轉換的過程中可以識別基本形狀並攜帶參數轉換。其他區域轉換為NURBS。
3. Remesh重新劃分網格模組
3-matic Remesh 重新劃分STL表面三角面片、面網格、體網格，輸出有限元分析的資料格式。根據FEA分析資料，在3-matic 對於點陣網格的粗細做局部調整，通過不同的自動和手動網格操作優化表面網格，控制部件表面三角部分的品質和大小。
Remesh重新劃分網格功能－
1. 提供立體網格劃分功能，讓您能夠創建Tet4 和Tet10 立體網格
4. Texturing 3D紋理設計模組
零件的外觀和觸感對於產品設計來說至關重要。Texturing紋理模組可以快速在STL檔上生成3D紋理設計，打孔和陣列，隨後便可利用RP/AM 技術列印出來。
Texturing 3D紋理設計功能－
個性化設計｜增加摩擦力(抓地力)｜透過孔洞控制密度｜改善空氣動力學特性｜改變聲學特性
Texturing 3D紋理設計優點－
通過基於切片的技術確保可列印性並避免STL 文件過大
即時預覽3D紋理設計，無需生成網格
透過像素訊息，有效地處理高度複雜的表面
完全掌控新紋理的創建以及應用在您的模型上
使用參數化紋理，3-matic可以創建無縫的皮革紋理，且沒有變形和接縫問題
直接將3D紋設計的處理工作納入設計環節，而不是後處理步驟，進而縮短交付時間
保證3D設計及成品的機密性
使用3D紋理設計降低列印部件中切片的可視性，盡可能地減少打磨工作，提高整體外觀
創建Python腳本以創建3D紋理設計的自動化工作流程
5. Lattice點陣結構設計模組
用傳統的製造技術來生產輕量化晶格結構是很有難度的。但是3D列印就可以生產出靈活的幾何形狀的零件。Materialise 3-matic Lattice模組可讓您在產品內部或表面自由創建多種不同的陣列結構、隨形結構或隨機結構，透過晶格設計最佳化進而達到增強緩衝，增加孔隙率，或減小產品重量等目的，讓零件變得越來越複雜、更集成、更輕，同時滿足產品的性能要求。(晶格是3D單元格的重複，由特定幾何形狀的樑和節點組成，以創建結構)
▲ 3-matic Lattice模組中多種點陣結構設計
▲ 3-matic Lattice模組中靈活的點陣單元晶格庫
Lattice點陣結構設計功能－
包含多種多孔結構設計的方式，包括基於單元體的均勻陣列、表面網格化、體網格化、隨機排列等，並對設計出來的網格進行清理、連接、調整網格大小和粗細。
3D列印優化軟體可整體調節網格的疏密和粗細，使網格粗細整體一致，或均勻變化。
使用FEA受力分析結果為參考，調整網格疏密分佈。
3D列印優化軟體內可對多孔結構設計進行較精確的孔隙率計算。
Lattice點陣結構設計優點－
從多種創新結構設計中選擇(均一陣列結構、隨機陣列結構、面網格結構、四邊網格結構以及隨形變化結構)
添加或設計自己的單元結構
根據分析進行3D列印優化(和FEA軟體相接，幫助分析輕量化產品的強度，並根據需求更改結構的密度)
確保列印成功(透過Materialise BP軟體的切片技術處理複雜的設計)
透過輕量化晶格結構對鈦合金航空器鑲嵌件減重66%
對於航空航太零件來說，任何重量的優化都是非常重要。而如何在減少重量並保持零件本身結構強度，這變得非常重要。
本案例中的鑲嵌件是用於連接衛星上的零件，需要很大的承重。傳統的設計中，透過使用鋁合金或鈦合金做成整塊磚型，並且是完全實心的。
透過使用拓撲優化和晶格結構設計，均勻陣列對主體部分進行減重設計(從1454克減少至500克)
直接導出進行仿真分析，並根據計算結果做點陣結構設計優化，提高負載平衡，延長零件使用壽命。
數位化3D紋理設計案例－對453個鞋底表面進行數位咬花鞋墊節省80%時間
金屬鞋模上的3D紋理設計可以透過3Ｄ列印帶有紋理的鞋底母模，進而透過翻模得到。因此在完成鞋底的幾何設計以後，可以在3-matic中直接在鞋底表面3D紋理設計。
鞋底的紋理面通常有上百個。3-matic提供批量3D紋理設計功能，可以批量處理多個面的紋理圖案生成和修改，精確排列和紋理處理，節省時間。
Build Processor將3D紋理設計應用於模型會產生非常大的STL文件，使其難以操作、存儲和傳輸。借助基於切片技術的Materialise Build Processor，由繁雜的三角面片生成中間STL 檔的步驟即可跳過，將所需幾何形狀直接在切片上生成，進而避免產生大量資料。
輕量化3D設計汽車座椅材料用量減少72％，依然非常結實－日本豐田研發實驗中心
豐田汽車公司和豐田研發實驗中心與 Materialise使用3-Matic 3D列印優化軟體的多孔結構設計來實現座椅輕量化3D設計，以最少的材料，達到最優化的設計。這個資料量極大的（250 GB）設計檔在操作、傳輸和加工方面都非常複雜，只能透過 Materialise 切層技術來實現。讓豐田的汽車座椅透過晶格設計最佳化，材料用量減少72％，座椅重量從25kg降到了7kg。
韓國KLIO Design運用Materialise 3-matic 3D列印優化軟體的輕量化晶格結構，減輕汽車重量的同時，確保小體積的穩定性
▲ 韓國KLIO Design 2016 年首爾智能移動國際會議暨展覽會展示3D列印電動概念車
▲ 韓國設計公司KLIO Design運用3-matic 3D列印優化軟體晶格結構設計汽車座椅
韓國設計公司KLIO Design推出了一款名為「Open structure Mobility Concept」的小型電動概念車，2016 年於首爾智能移動國際會議暨展覽會上展示，其中其輪圈蓋、車輪防護裝置、方向盤、部分車架以及晶格結構座椅設計都是採用3D列印而成，實現輕量化3D設計又能確保小體積穩定性。在設計過程中均採用Materialise 3-matic 3D列印優化軟體以及Magics Magics 3D列印修復軟體協作完畢。
透過輕量化晶格結構對鈦航空航太零件的重量減輕了63％
GE航空了解3D列印技術可能對航空航天業產生巨大影響，不僅在供應鏈方面，而是在減輕重量方面，若飛機重量低意味著燃油成本也相較更低。
為了減輕支架和支撐結構的重量以獲得堅固的輕質零件，借助3-matic 3D列印優化軟體以檢查哪些區域可以被蜂窩結構替換。它們使用較少的材料，同時保持所需的剛度。然後，測試最終設計中的應力累積，並檢查是否需要進行3D拓樸優化更改。經過這些模擬設計迭代後，支架的重量降低了63%。
透過輕量化3D設計使電動賽車持原有力學性能下變得更輕
當您打算製造世界上最快的電動汽車時，重量的每一點優化都至關重要：因此InMotion研究了使用輕型3D列印叉臂（也稱為Y型接頭）進行懸架的想法。叉骨是通過叉骨將立柱連接到汽車底盤的部件。
儘管鈦的比重很低，但Materialise的工程團隊還是建議將初始零件重量減輕。借助3-matic 3D列印優化軟體用蜂窩結構填充空心腔體的3D列印設計優化，使輕量化3D設計後更輕巧且不影響其強度，並與底盤的連接零件穩定輪子並承受力量。
透過3-matic 3D拓樸優化後處理功能，使飛機發動機支架更具吸引力
代爾夫特大學的一名研究生希望使用拓撲優化來最小化飛機發動機支架的體積和重量。 但將優化的文件轉換回CAD格式花費的時間太長：直到他嘗試使用3-matic 3D列印優化軟體。
引擎支架包含在原始STL文件中，透過3-matic對3D拓樸優化產生的粗糙表面進行平滑處理，帶來更好的質量和可製造性。
將結構導出到NURBS或CAD文件，進行有限元分析（FEA）以分析強度，且NURBS導出至3-matic的CAD中是完全兼容性。
3-matic Remesh模組提供將結構的表面網格轉換為體積網格的功能。驗證了所獲得的體積網格與設計相對應。
延伸閱讀－
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