オープンソースで無料で使える、Artisan ラティス構造設計計算エンジン

出典: 別の職人

はじめに: 積層造形におけるラティス構造 (格子構造とも呼ばれる) は、材料を一定の空間間隔でメッシュ構造に配置する設計構造です。この構造は、相互に接続された一連の格子ユニットで構成されており、その数、形状、配置は設計段階で最適化できます。格子構造は、支持構造、断熱層、複合材料、医療用インプラントなど、さまざまなコンポーネントの製造に使用できます。

格子構造には多くの利点がありますが、最も重要なのは軽量であることです。格子構造により、材料の使用量が減り、部品の重量が軽減され、製造コストが削減され、部品の動作効率が向上します。格子構造は衝撃を受けた際に塑性変形によってエネルギーを吸収し、部品の耐衝撃性を向上させることもできます。マクロ設計によって期待されるマクロな機械的特性または熱伝導特性は、格子ユニットのミクロ設計によって実現できます。格子構造は表面積が大きいため、熱交換器などに使用した場合、コンポーネントの熱伝達能力を高めることができます。格子構造は設計にさらなる自由度と優れた性能をもたらすため、航空宇宙、自動車、医療などの分野で広く使用されています。

格子構造のデジタル設計は重要な課題です。現在の主流の設計トレンドは、暗黙のモデリング技術を通じて幾何学的形状の計算を簡素化することです。 Artisan は、暗黙のモデリング技術に基づいた格子構造生成ツールです。基礎となるコードは Python と C++ に基づいており、開発速度と計算効率を兼ね備えています。 Artisan は、重要な数学演算のほとんどを C++ コードで実行し、一般的な計算とソフトウェア構造を Python で実行します。

△Artisanによって生成されたドットマトリックスが靴のミッドソールを埋め尽くす

△四面体分割に基づく等角写像格子構造

Artisan は、周期格子、グリッド格子、および等角マッピング格子をサポートしています。ユーザーは、TPMS タイプの数式、独立した STL ジオメトリ、またはカスタムポイントとラインで接続された梁柱構造タイプのユニット (ストラット) などの統合ラティスユニットとカスタムラティスユニットを使用できます。

ユーザー定義の STL ジオメトリユニットの塗りつぶしユーザーは、JSON ファイルを通じて格子生成手順をカスタマイズできます。すべてのドットマトリックス生成プロセスは再現可能で、明確な構造と強力なトレーサビリティを備えています。セルの形状と最終的な格子生成は、パラメータによって完全に制御されます。サードパーティのソフトウェアは、JSON 設定を簡単にインポートおよびエクスポートし、パラメータ値を制御して最終結果を生成できます。

{"セットアップ":{ "タイプ" : "ジオメトリ",
「ジオファイル」: 「.//sample-obj//Parts02//Parts02.stl」、
「腐敗」: [0.0,0.0,0.0],
"解像度":[0.8,0.8,0.8],
「パディング」: 3,
"onGPU": 偽、
「メモリ制限」: 16106127360
},
「ワークフロー」:{
"1": {"Add_Lattice":{
"la_name": "キュービック", "size": [10.0,10.0,10.0], "thk":1.5, "Inv": false, "Fill": true,
「キューブリクエスト」: {}
}
},
"2":{"HS_Interpolate":{
"la_name": ".//Test_json//CombinedLattices//Parts02_Mesh_Infill_LR.mld",
"サイズ": [4.0,4.0,4.0],
"thk": 1.5、"pt": [0.0,0.0,0.0]、
"n_vec":[-1.0,0.0,0.0]、"Fill": false、"Cube_Request": {}
}},
"3":{"エクスポート": {"outfile": ".//Test_results/Parts02_Combined_Infill.stl"}}
},
"PostProcess":{"CombineMeshes": true,
「RemovePartitionMeshFile」: false、
「分離パーツの削除」：true、
"ExportLazPts": false}
}

△単純な等角写像二重綴り構造
Artisan は、Ansys、Abaqus、Salome によって生成された四面体メッシュを読み取って、以下に示すメッシュラティス、または四面体ラティスの充填を生成できます。 Artisan は現在、Salome ソフトウェアの med 形式の六面体メッシュの等角マッピングのみをサポートしています。将来的には、他の主流ソフトウェアのメッシュ形式のサポートも徐々に開発される予定です。 Artisan では、特定のアルゴリズムを使用して、特にメッシュラティス計算において、等角マッピングとメッシュ計算の速度が最適化されていることは特筆に値します。最適な条件下では、以下の例に示すように、ラティス計算全体を 10 秒強で完了できます。

△グリッド構造ラティス
Artisan には、デュアルラティス (マルチラティス) 融合アルゴリズムが含まれています。アルゴリズムは、指定されたドットマトリックスを現在のデザインの主なドットマトリックスの塗りつぶしスタイルに自然に統合するか、ブリッジドットマトリックス構造を通じて 2 つを徐々に統合します。

△幾何構造格子と立方単位は等角写像の状態で融合される
Artisan は、コンピューティングリソースの消費の制約と計画を考慮します。暗黙的モデリング計算の主な特徴は、膨大なメモリ消費と大量のグリッド計算です。一般ユーザーは、より優れたユーザーエクスペリエンスを実現するために、ハイエンドマシンを構成する必要があります。 Artisan に組み込まれたセグメンテーション計算方法では、ユーザーの設定に応じて計算領域全体をメモリセグメントに分割し、出力後にサーフェスジオメトリを結合することができます。このように、通常のメモリサイズのマシンでも比較的スムーズにアプリケーション設計を行うことができます。 Artisan キーワードは、CPU リソースの消費を削減し、コンピューティングを高速化するために、GPU コンピューティングを部分的にサポートします。

Artisan の現在の重要な開発方向は、ソフトウェアの相互作用と分析結果のデータ適用をサポートおよび分析することです。たとえば、以下の例では、自動車のステアリングナックル (一般にホーンと呼ばれる) の四面体メッシュラティス充填が、有限要素解析結果の応力場に基づいて局所的に材料強化されています (この例は単なるサンプルであり、製品設計とは一切関係ありません)。

△ 旋回ノード配列の局所的強化
Artisan は、Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported (CC BY-NC-ND 3.0) ライセンスに基づいて非商用ユーザーが自由に使用できる、著作権で保護されたクローズドソースのソフトウェアです。

スタンドアロンパッケージ、カーネルパッケージ、およびオンラインドキュメントは、次のアドレスからダウンロードできます。
http://bleemsys.com/Artisan.html

オンラインドキュメント:
http://bleemsys.com/Artisan/docs/index.html

対応OS: Windows 10以上。
Python バージョン: Python 3.9.7
Artisan の現在のバージョン: 0.1.4