拓扑优化在产品设计中的应用

梁健 李晓杰

摘要：为了丰富产品造型设计的方法，加强造型设计与制造工艺之间的联系，使设计过程融入更多的理性因素。分析了拓扑优化的设计过程，拓扑优化方法对于造型设计与结构设计的影响，拓扑优化与参数化设计计算方式的差异，增材制造技术对于拓扑优化的意义等问题，以产品设计实例说明了拓扑优化在产品造型设计中的应用。明确了拓扑优化是一种客观的设计方法，以产品结构优化设计为目的，约束造型产生的条件是载荷，通过数学的计算，得出造型结果，造型包含了形式特征与结构要求，可以应用于造型设计。为产品造型设计提供了参考。

关键词：工业设计 拓扑优化 造型设计 增材制造 参数化

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（ 2021） 03-0137-03

引言

随着计算机科学技术的飞速发展，结构优化设计已成为获得轻量化和高性能结构的最重要手段之一[1]。拓扑优化是一种确定最佳结构型的设计方法，它已被广泛应用于工程领域。以提高产品的结构性能，拓扑优化以载荷为设计变量，约束產品的造型结果，其无需初始构型，根据施加载荷的变化，可得到意想不到的设计结果。在造型设计与结构设计领域是一种全新的设计方法。由于拓扑优化的造型空间穿插特征相对较多，大都以不规则形态为主，虽然可以得到优化后的模型文件，但是在生产制造环节就会遇到很多问题，3D打印技术的日趋成熟，加速了拓扑优化计算结果的生产制造进程，也推动了拓扑优化方法在产品设计中的应用。……