[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

说明书

用于使用生成式设计过程进行物理结构的计算机辅助设计的方法、系统和装置、包括介质编码的计算机程序产品，其中产生所述物理结构的三维(3D)模型以便有助于使用2.5轴减材制造系统和技术来制造所述物理结构，所述方法、系统和装置、包括介质编码的计算机程序产品包括：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；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，所述一个或多个设计标准包括与2.5轴减材制造过程相对应的至少一个可制造性约束；以及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物理结构。

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35篇第119条(e)款要求2018年11月9日提交的名称为“BOUNDARY BASED GENERATIVE DESIGN WITH 2.5-AXIS SUBTRACTIVE MANUFACTURINGCONSTRAINT FOR COMPUTER AIDED DESIGN AND MANUFACTURING”的美国专利申请号62/758,454的权益，所述专利申请以引用方式整体并入本文。

背景技术

本说明书涉及可使用减材制造系统和技术来制造的物理结构的计算机辅助设计。

已开发出并使用计算机辅助设计(CAD)软件来生成对象的三维(3D)表示，并且已开发出并使用计算机辅助制造(CAM)软件来例如使用计算机数控(CNC)制造技术制造这些对象的物理结构。通常，CAD软件使用边界表示(B-Rep)格式存储被建模对象的几何的3D表示。B-Rep模型是指定所建模3D对象的实体部分与非实体部分之间的边界的一组连接的曲面元素。在B-Rep模型(通常称为B-Rep)中，使用平滑且精确的数学曲面将几何存储在计算机中，所述平滑且精确的数学曲面与网格模型的离散且近似的曲面形成对比，后者可能难以在CAD程序中使用。

此外，CAD软件已被设计成以便对要制造的较大零件系统中的一个零件或一个或多个零件执行3D几何的自动生成(生成式设计)。这种3D几何的自动化生成通常限于由CAD软件的用户指定的设计空间，并且3D几何生成通常由设计目标和约束支配，所述设计目标和约束可由CAD软件的用户或由另一方定义，并导入到CAD软件中。设计目标(诸如将浪费的材料或所设计零件的重量减到最少)可用于推动几何生成过程朝着更好的设计方向发展。设计约束可包括单独零件的结构完整性约束(即，零件在零件使用期间在预期的结构载荷下不得失效的要求)和较大系统所施加的物理约束(即，一个零件在使用期间不会干扰系统中的另一个零件的要求)两者。此外，生成式设计过程的输入可包括指定用于生成式设计过程的边界条件的一组输入实体(B-Rep输入)，但许多现代生成式设计求解器并不直接对其输入实体的确切曲面边界表示进行操作。而是，对B-Rep进行采样并用体积表示(诸如水平集或四面体或六面体网格)替换，所述体积表示对于求解器所计算的物理模拟和材料合成而言明显更加方便且高效。

另外，CAD程序已经与减材制造系统和技术结合使用。减材制造是指通过切除坯料材料(通常是比3D零件大的“毛坯”或“工件”)的部分来从坯料材料创建3D零件的任何制造过程。此类制造过程通常涉及在以粗加工操作、任选的半精加工操作和精加工操作开始的一系列操作中使用多个CNC加工切削工具。在一个或多个粗加工操作期间，使用CNC加工系统的一个或多个切削工具快速地(相对于半精加工操作和精加工操作而言)切除工件的大部分，以便接近被制造零件的最终形状。然后，使用一个或多个任选的半精加工操作和一个或多个精加工操作来完成零件的制造。

发明内容

本说明书描述与使用生成式设计过程进行物理结构的计算机辅助设计相关的技术，在所述生成式设计过程中产生所述物理结构的三维(3D)模型以便有助于使用2.5轴减材制造系统和技术来制造所述物理结构。