[发明专利]在计算机辅助设计与制造的2.5轴减材制造约束下的基于边界的生成式设计

权利要求书

1.一种方法，其包括：

由计算机辅助设计程序获得要制造的对象的设计空间以及包括所述对象的至少一个可制造性约束的一个或多个设计标准；

由所述计算机辅助设计程序执行基于边界的生成式设计过程以使用所述一个或多个设计标准来产生所述对象的生成式模型，其中所述至少一个可制造性约束致使在所述基于边界的生成式设计过程期间使用的至少一个形状导数将所述生成式模型的形状变化引向与2.5轴减材制造过程相对应的离散高度层；以及

由所述计算机辅助设计程序根据所述生成式模型来提供三维模型，以用于使用采用所述2.5轴减材制造过程的一个或多个计算机控制制造系统来制造与所述对象相对应的物理结构，其中所述三维模型包括由所述离散高度层产生的平坦区域。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述生成式模型包括所述对象的三维拓扑的水平集表示，并且所述基于边界的生成式设计过程采用水平集拓扑优化方法。

3.如权利要求2所述的方法，其中在所述基于边界的生成式设计过程期间使用的所述至少一个形状导数将所述生成式模型的所述形状变化引向所述离散高度层的侧壁，所述侧壁平行于所述2.5轴减材制造过程的铣削方向。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述设计空间包括包含所述对象的所述三维拓扑的一个或多个外部形状的初始说明的定界体积，并且执行所述基于边界的生成式设计过程包括：在所述铣削方向上扩展所述三维拓扑的所述一个或多个外部形状以填充所述定界体积。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述铣削方向包括两个或更多个铣削方向，并且执行所述基于边界的生成式设计过程包括：迭代地修改所述对象的所述三维拓扑的所述一个或多个外部形状，其中每次迭代包括：

执行所述对象的物理模拟以产生所述对象的所述三维拓扑的所述一个或多个外部形状的当前迭代的物理评估；

根据所述物理评估和所述至少一个形状导数来计算所述当前迭代中所述三维拓扑的所述一个或多个外部形状的形状变化速度；

使用所述形状变化速度更新所述对象的所述三维拓扑的所述一个或多个外部形状；

在所述两个或更多个铣削方向中的每一个上扩展所述三维拓扑的所述一个或多个外部形状以填充所述定界体积，从而形成两组或更多组一个或多个扩展形状；以及

将所述一个或多个外部形状改变为所述两组或更多组一个或多个扩展形状的布尔交集以用于下一次迭代。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述至少一个可制造性约束包括：(i)所述离散高度层的数量，所述数量由用户输入或通过自动检测确定，以及(ii)所述2.5轴减材制造过程可用的两个或更多个铣削方向，所述两个或更多个铣削方向由用户输入或通过自动检测确定，并且所述两个或更多个铣削方向任选地包括至少一个离轴铣削方向。

7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述至少一个可制造性约束包括：所述生成式模型的内拐角具有与在所述2.5轴减材制造过程中使用的铣削工具的工具拐角半径相等的半径。

8.如权利要求1-3所述的方法，其中所述一个或多个设计标准包括：用于所述对象的物理模拟的设置、所述对象的至少一个设计目标以及所述对象的至少一个设计约束，所述执行包括：执行所述基于边界的生成式设计过程以根据所述一个或多个设计标准以及所述离散高度层、所述铣削方向或两者的变化来产生两个或更多个生成式模型，并且所述方法包括：

至少部分地基于所述离散高度层、所述铣削方向或两者的所述变化来准备并呈现所述两个或更多个生成式模型之间或之中的权衡分析。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述2.5轴减材制造过程用于直接制造所述物理结构，所述三维模型是所述对象的模型，或者所述2.5轴减材制造过程用于制造所述物理结构的模具，所述三维模型是所述模具的模型。