（三）nTop隐式建模 l Generative AI时代背景下的创成式设计应用洞悉

| 3DScienceValley · 2023/07/23

创成式设计将激发设计师通过手动建模不易获得的思想灵感，创造出拥有不寻常的复杂几何结构设计作品。3D打印技术由于可以将复杂的设计转化为现实，注定已成为创成式设计的“好伙伴”。

其中人工智能会针对工程师设置的参数和功能目标优化设计。工程师设置载荷，材料约束和边界条件，确定其功能目标，通过创成式算法优化设计空间内的材料布局，以满足这些工程师设置的目标并最大化性能。本期，3D科学谷与谷友通过创成式设计的一些案例，来领略创成式Generative时代的到来！本期Highlight的软件工具是nTopology的nTop创成式设计软件。

创成式设计
© 3D科学谷白皮书

更快

nTopology的nTop设计软件不仅涉及拓扑优化，对创成式设计的定义确实与其他公司有所不同。nTop 是一个优化平台，使用户能够根据特定要求创建自己的生成算法。该公司旨在为用户提供具有必要控制级别的工具，以便可以更快、更高效地进行设计迭代。

nTop作为一款面向增材制造的高效设计平台，为用户大大提升设计效率，缩短产品开发的迭代周期，提高产品的性能，解决增材制造全流程的设计需求。

- 自由拖拽模块化的工具开展设计，快速方便搭建设计流程；

- 自定义工作流设计，避免重复搭建设计流程，大大提升设计效率；

- 大量可选晶格及纹理库，快速迭代，实现产品晶格填充及表面纹理设计；

- 快速搭建基于函数、实验数据和仿真分析结果驱动的设计，实现目标驱动的设计；

- 含模型设计、轻量化设计、仿真分析、拓扑优化、打印支撑设计及模型切片等功能模块，可满足面向增材制造的复杂产品打印前准备。

隐式建模

根据 nTop 的说法，创成式设计包含三个核心组成部分：几何图形生成、基于约束和要求的设计优化以及自动化设计循环。

根据安士亚太，nTop软件使用了更为有效的隐式建模技术（Implicit Modeling），该建模原理基于隐式函数（Implicit Function）的运用，而隐式函数（简称i- function）是一个数学函数，它的作用是给三维空间内的每个点都分配一个值。在隐式建模中，3D几何被定义为数学函数，此功能使工程师能够快速生成复杂的结构（如晶格或厚度可变的壳），同时提供为自动化设计循环提供所需的可靠性。

基于隐式建模技术的nTop设计平台具有三大技术优势：

1.稳定可靠的隐式建模引擎：nTopology设计平台基于隐式建模技术（一种使用数学函数来表征几何结构外形及内部特征的方法），使得设计流程具有无与伦比的速度和可靠性。

2. 驱动式设计：驱动式设计提供了一种指定设计特征的参考控制方法，可快速实现基于数学公式、函数、实验数据、有限元分析结果或其他数据的结构参数驱动式设计，生成创新设计解决方案。

3. 可重复使用的工作流：nTopology设计平台的工作流可自定义、可自动化、可重复使用、可共享，大大提高流程效率，同时可帮助工程师获取工程知识。

nTop 允许工程师叠加场以创建优化结构。例如，模拟结果可用于局部加厚晶格结构或增加应力较高区域的脱壳操作厚度。

例如，如果用户想要找到最佳厚度值，使零件具有可能的最小重量，但最大挠度低于特定阈值。在 nTop 中，用户可以自动生成具有10种不同厚度的设计变体，并选择最佳的一种。

该软件的设计自动化功能使工程师能够构建可重用的流程，当输入变量发生变化时，这些流程会自动重新运行。这样，用户可以快速迭代并自动生成多个候选设计，并根据工程要求对其进行评估。

联动模式

根据3D科学谷，2023年，nTopology还和工业3D打印公司EOS宣布开发一种新的隐式互操作功能，能够以兆字节为单位传输复杂设计，解决了增材制造工作流程中的一个主要瓶颈。能够传输大文件，加快制造时间。EOS和nTopology合作该款解决方案主要针对文件的数据量缩减程序。该程序可以将文件大小减少99%，并将文件的加载速度提高60%，从而使文件的生成速度提高500倍。

除了节省时间之外，隐式互操作还保持了原始文件的保真度和设计意图。它跳过了网格创建和渲染步骤（这可能需要几分钟、几小时甚至更长时间，具体取决于文件的复杂程度），直接将数据传输并保存在隐式建模文件中。

破除设计与制造衔接的壁垒，3D科学谷认为设计软件与设备商的携手开发合作将成为3D打印行业的一种全球范围内的发展趋势。

l 参考资料：
1. nTopology平台隐式建模技术
2. 全面了解增材制造设计的全能选手—nTopology
3. 设计和仿真的计算建模平台nTopology的七个亮点
4. RealTime！GPU驱动的nTopology强大建模速度