Модуль VoxelDance Design

VoxelDance Design — специализированный модуль комплекса программных решений VoxelDance Additive, предназначенный для аддитивного проектирования и создания сложных функциональных конструкций с использованием имплицитного моделирования, параметрических решёток, TPMS-структур и текстур. В отличие от традиционного CAD-подхода, геометрия формируется на основе математических функций, что позволяет эффективно работать с конструкциями высокой сложности и большим количеством элементов.

Модуль позволяет создавать и настраивать решётчатые и пористые структуры, изменять размер ячеек, толщину элементов и плотность материала, а также формировать градиентные структуры. Такой подход позволяет оптимизировать распределение материала в зависимости от требований к прочности, массе, теплоотводу или прохождению потоков. Поддержка TPMS-геометрии особенно актуальна для теплообменников, лёгких конструкций, имплантатов и других изделий, где требуется высокая функциональность при минимальном расходе материала.

Что такое имплицитное моделирование?

Отдельное преимущество модуля — работа со сложной геометрией без необходимости создавать чрезмерно тяжёлые полигональные сетки. Имплицитная модель может использоваться непосредственно при подготовке к печати, что помогает сохранить математически заданную форму TPMS- и решётчатых структур, уменьшить объём данных и ускорить переход от проектирования к производству.

В отличие от традиционного B-Rep (Boundary Representation), где геометрия детали формируется из поверхностей, рёбер и вершин, имплицитное моделирование описывает форму объекта с помощью математических функций и правил. Такой подход позволяет создавать сложную геометрию, плавные переходы и внутренние структуры без необходимости вручную определять каждую поверхность модели.

Имплицитное представление особенно эффективно при работе с топологической оптимизацией, генеративным проектированием, решётчатыми структурами и сложными органическими формами, а также позволяет быстрее вносить изменения в конструкцию и адаптировать модель под задачи аддитивного производства.

• Неограниченная сложность: позволяет создавать геометрии практически любой сложности и высокой степени детализации, включая решётчатые структуры, TPMS и поверхностные текстуры.
• Надёжность: математическое описание геометрии снижает вероятность ошибок и дефектов, характерных для поверхностного и полигонального моделирования.
• Высокая производительность: оптимизированные математические алгоритмы позволяют значительно ускорить обработку и редактирование сложных моделей — в отдельных задачах до 10 раз.

Технические возможности

VDD позволяет создавать сложные решётчатые структуры с точно заданной внутренней геометрией, что открывает широкие возможности для снижения веса деталей, оптимизации их характеристик и повышения эффективности конструкций в аддитивном производстве.

• Разнообразие структур: можно создавать стандартные решётчатые заполнения или структуры, точно повторяющие внешний контур детали.
• TPMS-решётки: поддерживаются структуры на основе трижды периодических минимальных поверхностей (TPMS), особенно востребованные при проектировании высокоэффективных теплообменников.
• Гибкая настройка: библиотека содержит более 60 готовых ячеек, а также позволяет создавать и импортировать собственные элементы.
• Эффективная обработка: в отличие от стержневых решёток, используемых в VoxelDance Additive, имплицитные TPMS-структуры в VoxelDance Design описываются математически как непрерывные поверхности. Это позволяет формировать более точную геометрию и эффективнее обрабатывать большие объёмы с большим количеством элементов.

Отдельный инструмент «Карта ячеек» позволяет учитывать пространственное распределение и отклонения геометрии для формирования решётки. На основе полученных данных можно управлять расположением элементов структуры и добавлять рёбра в нужных областях. Это даёт возможность создавать не просто равномерное заполнение, а адаптировать внутреннюю структуру под форму и требования конкретной детали.

2. Текстурирование

VoxelDance Design позволяет создавать сложные рельефные текстуры без длительной ручной обработки полигональной сетки. Пользователь может задавать параметры процедурного шума или использовать внешние изображения, после чего программа автоматически формирует соответствующий рельеф на поверхности модели.

• Процедурные текстуры: позволяют создавать естественные нерегулярные поверхности, имитирующие камень, кожу, ткань и другие материалы.
• Функциональный рельеф: текстурирование может применяться для улучшения сцепления поверхности, повышения эффективности охлаждения или управления рассеиванием света.
• Проекция изображений: позволяет наносить на модель узоры, изображения и карты высот (UV Map), преобразуя визуальный рисунок в реальный рельеф поверхности.
• Быстрое создание сложной геометрии: имплицитный подход позволяет формировать детализированные текстуры без необходимости вручную редактировать большое количество полигонов.

В программе доступны два основных подхода к созданию текстур. Процедурно генерируемый трёхмерный шум формирует рельеф на основе случайно сгенерированной математической функции, позволяя создавать естественные и нерегулярные поверхности. Такой способ подходит для имитации различных природных и технических фактур, а также создания функционального микрорельефа. Второй вариант — предметная фактура, при которой изображение проецируется непосредственно на поверхность детали и преобразуется в соответствующий рельеф

3. Проектирование, управляемое полями

Это одна из ключевых возможностей VoxelDance Design, позволяющая использовать данные инженерных расчётов непосредственно при формировании геометрии. В модель можно интегрировать результаты симуляций, например распределение напряжений, температурные поля, расстояния или математические функции, и на их основе автоматически изменять структуру детали.

• Адаптация геометрии: программа распределяет материал с учётом заданных полей, концентрируя его в областях, где он необходим для обеспечения требуемых характеристик.
• Оптимизация характеристик: такой подход позволяет одновременно учитывать требования к прочности, теплоотводу, жёсткости и гибкости конструкции.
• Связь с инженерными расчётами: результаты симуляций из VoxelDance Engineering могут использоваться непосредственно при проектировании, сокращая разрыв между расчётом и созданием геометрии.
• Экономия времени: автоматизация сложных операций снижает объём ручной работы инженера и позволяет быстрее получать оптимизированные конструкции, адаптированные к реальным условиям эксплуатации.

Для автоматизации сложных и повторяющихся задач VoxelDance Design использует узловую систему (Nodes), которая позволяет создавать визуальные сценарии проектирования без необходимости ручного программирования. С помощью функциональных узлов можно выстраивать последовательность операций, объединять отдельные действия в сложные алгоритмы и формировать собственные рабочие процессы. Готовые сценарии в виде VGF-диаграмм можно сохранять и повторно использовать в других проектах, что значительно ускоряет выполнение типовых задач и сокращает объём ручной работы. Такой подход особенно полезен для автоматизации генерации решётчатых структур, текстурирования, оптимизации геометрии и других повторяющихся операций.

Примеры

Проектирование теплообменника

Традиционные теплообменники предъявляют высокие требования к эффективности и компактности конструкции. Для повышения производительности инженеры использовали TPMS-структуры, однако их сложная геометрия существенно ограничивает возможности традиционных CAD-систем. Дополнительным препятствием стали результаты предварительной тепловой симуляции, выявившие участки с неравномерным теплоотводом в исходной конструкции. С помощью VoxelDance Design инженеры создали и настроили TPMS-структуру средствами имплицитного моделирования, а затем применили проектирование на основе полей, используя данные тепловой симуляции для локальной настройки параметров решётки. Это позволило адаптировать геометрию к условиям работы, устранить зоны перегрева и добиться более равномерного распределения теплового потока. В результате увеличилось соотношение площади поверхности к объёму, что повысило эффективность теплообмена, а автоматизация рабочих процессов и быстрая настройка параметров сократили срок разработки с двух недель до одного дня.

Оптимизация поддерживающих структур при 3D-печати велосипедных рам

Велосипедная индустрия активно использует возможности 3D-печати для создания лёгких и сложных конструкций, однако при производстве таких деталей важно минимизировать деформации, расход материала и объём последующей постобработки. Одной из ключевых задач стала оптимизация опорных структур при печати велосипедной рамы. Традиционные опоры, выполненные в виде сочетания блоков и колонн, требовали большого количества дорогостоящего материала, усложняли постобработку и увеличивали риск деформаций. Для решения этой задачи инженеры использовали VoxelDance Design, с помощью которого были автоматически сгенерированы решётчатые опоры и внутренняя структура детали. Перед началом печати надёжность новой конструкции дополнительно проверили с помощью термомеханического моделирования в VoxelDance Engineering, что позволило оценить её поведение в процессе производства и подтвердить выбранную стратегию. В результате объём опор удалось сократить на 85%, одновременно снизив расход материала, затраты и трудозатраты на постобработку.

Модуль Design обеспечивает значительные технические и экономические преимущества на всех этапах проектирования. Использование решётчатых структур и тонкостенных оболочек позволяет снизить массу изделий и расход материала без существенного снижения прочности. Проектирование на основе полей данных помогает адаптировать геометрию под реальные нагрузки, температурные условия и другие эксплуатационные параметры, повышая функциональность готовых деталей. Инструменты для создания текстур, TPMS- и конформных решёток расширяют возможности конструкторов и позволяют реализовывать сложные и нестандартные решения. Узловая система автоматизирует рутинные операции, позволяет сохранять и повторно использовать рабочие сценарии, сокращая количество ручных действий и итераций. В результате экономия материала и времени на проектирование напрямую снижает общие производственные затраты.