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概述
IMT 优化了 alveo 的鼓风机联轴器，强调最小压力损失、材料效率和流动优化几何形状。通过生成式设计和增材制造，压差降低了 13%，且使用了更少的材料。
图 1：alveo 鼓风机组件及鼓风机联轴器
背景
开发复杂机械部件需要创新方法以提高效率和性能。IMT 利用生成式设计优化 alveo 的鼓风机联轴器，旨在减少压差和内部体积，同时最小化材料使用。所有设计变体均通过增材制造生产并测试，以验证最佳方案，实现了比原始设计压差降低 13%。这一成功强调了生成式设计的全部潜力只有通过增材制造才能实现，增材制造使得流动优化结构成为可能。
介绍
现代医疗技术设备对性能提升和资源效率的需求日益增长。IMT 被指派为其子公司 IMT Analytics 设计一款肺部模拟器的鼓风机联轴器。目标是在有效利用材料的同时，最小化压力损失和内部体积。这是通过传统工程实践以及使用 Autodesk Fusion 360（计算机辅助设计软件）和 Ansys FLUENT（计算流体动力学软件）等工具实现的。
什么是生成式设计？
生成式设计采用算法和人工智能来创建优化的组件几何形状。工程师定义条件，如流体要求和材料限制，而软件则生成多个受自然结构启发的潜在解决方案。通过迭代仿真确定最佳几何形状。这种方法在增材制造中尤为有效，增材制造能够生产传统制造无法实现的复杂形状。
通过生成式设计进行优化
图2：鼓风机联轴器迭代
1. 手动设计与仿真
一位经验丰富的工程师首先为鼓风机联轴器建模了传统几何形状。该模型在FLUENT中进行了仿真和测试。然后，第一版本通过增材制造并精确测量，以获得准确数据验证仿真。
2. 使用Fusion 360的生成式设计
同样的任务交给了Fusion 360中的生成式设计算法。生成的模具也进行了仿真，然后通过增材制造和测量。测试结果显示，由于输入参数不合适，如流体需求和材料限制不正确，该变体的性能不如手动开发的模型。
图3：由生成式设计产生的联轴器变体
参数的修正改善了结果。此外，实施了格栅结构以进一步优化材料使用。这些格栅结构显著减轻了重量和材料消耗，同时保持结构完整性。这类设计在流动优化组件中特别有益，促进了均匀的气流分布。
图4：利用格栅结构减少材料
3. 精细优化
最终迭代采用了通过FLUENT中的网格变形优化的工程形状。
该版本通过增材制造和测量，实现了差压降低13%，同时使用更少材料，保持相同体积，调整壁厚，并引入格栅结构以进一步提升性能。此优化形状只能通过增材制造实现，因为传统方法无法制造如此复杂的流动优化结构。
最终迭代结合了工程驱动的形状和使用FLUENT中的网格变形进行的额外优化。该过程基于初始仿真结果对几何形状进行了细化，导致设计更高效、更有效。
图5：最终设计
结论
生成式设计在优化形状方面无疑是有效的，但不能取代工程师的关键专业知识。最重要的解决方案源自经典工程原理、先进仿真技术和生成式设计的决定性结合。在项目的最后阶段，我们自信地采用了增材制造和精确测量来验证结果，实现了差压显著降低13%。
此外，生成式设计的全部优势仅通过增材制造实现，从而实现卓越的流动优化几何形状。在IMT Analytics，我们致力于利用生成式设计开发创新解决方案，以满足并超越客户复杂的挑战。