Nature Architects用模拟、几何和超材料重塑更清洁的未来

即使是拥有无限想象力的设计师，也常常受到可用材料以及这些材料如何发挥作用的限制。但是如果你可以设计你需要的材料功能呢?Nature Architects为制造商提供形状设计解决方案，通过使用超材料将各种物理功能，如振动、声学、热传导、变形和减重融入到产品中。万博网

“超材料”是通过人工设计的几何结构实现超出材料物理功能(如树脂和金属)的结构的通称。超材料的使用将使人们有可能实现以前传统材料和组件被认为不可能实现的高级物理性能。

超材料还包括通过弹性变形产生机械运动的结构，例如被称为柔性机构的运动部件。此外，超材料可用于在单个结构中创建高级物理性能，而无需组装，这通常是通过组装机械部件或组合不同的材料来实现的。通常情况下，这些都是通过增材制造制造的，但在某些情况下，可以使用传统的制造方法，如注塑，冲压成型和机械加工。

通过这种方式，超材料可以在不增加组装部件数量的情况下，将新的物理特性整合到产品中。万博网超材料使设计师和工程师能够超越传统方法，在设计要求(如轻重量和高刚度)中平衡多重权衡。

在万博Ansys启动程序Nature Architects通过提供可负担的Ansys模拟解决方案来鼓励早期创业公司，Nature Architects正在使用模拟来推进这万博一新兴技术，并构建更多将重塑未来的超材料和结构解决方案。

模拟新的几何尺寸

Nature Architects成立于2017年，旨在让设计师和工程师设计出能够突破传统材料和组件限制的功能产品。万博网

要欣赏超材料的独特功能，你必须首先认识到自然和物理的限制。一个基本的例子，这可以证明任何有弹性的材料，如橡胶或氨纶。当你拉橡皮筋的两端时，它就会变窄变长。在机械工程中，这个概念是泊松效应的基础——材料的变形垂直于受力点或加载方向——或者，在这个例子中，手拉橡皮筋的方向。对于橡皮筋，泊松比是指橡皮筋在拉伸方向上收窄和收缩时宽度与其延伸长度的关系。通过了解材料的泊松比，可以以可重复的方式预测其对应力的反应。

然而，通过创造具有负泊松比的超材料，有可能产生新的特性，使材料的反应不同于预期，甚至被认为是可能的。对于橡皮筋来说，这可能会导致拉扯其两端时橡皮筋变宽，而不是变窄。以负泊松比构造的材料也称为增塑性材料。

结合这一概念来构建机械超材料，自然建筑师开发了他们标志性的直接功能建模(DFM)技术，以创建超出常规材料所能实现的结构。

例如，Nature Architects可以利用超材料设计从橡胶到塑料的替代材料。具体来说，办公椅的缓冲部分由集成的塑料蜂窝结构制成，以实现有效分散身体压力的灵活性。适当的材料替代可以创造附加值，例如降低成本，通过更好的可塑性改进设计，提高可回收性，减轻重量。

除了增强创造的可能性，超材料还具有促进可持续发展的潜力，因为它们可以在不增加材料使用量的情况下增加功能。

“通过将表达创新功能的结构(如超材料)与逆计算技术相结合，我们能够实现高水平的功能到形状，”Nature Architects首席执行官Taisuke Ohshima在描述该公司的DFM技术时表示。“Ansy万博s启动计划使我们能够使用先进的模拟，而在公司启动阶段实施这些模拟成本高昂，并帮助我们自动化和改进分析和设计系统，扩大了我们作为一家公司可以处理的行业和问题的范围。”

Ohshima和他的同事们已经集成了仿真技术来克服他们所说的几何设计中的最大挑战:新结构发现的自动化。使用万博Ansys机械在结构分析和流固交互方面，该团队实现了Mechanical Ansys参数化设计语言(MAPDL)，这是一种脚本语言，可自动化模拟任务并简化工作流程。万博这种自动化使团队能够可视化和探索无数的新结构。工程师还可以使用MAPDL通过设计优化和自适应网格等特性来构建具有新变量和参数的模型。

“模拟的自动化和处理非线性问题的进步正在帮助我们开发克服这一挑战的系统，”Ohshima说。“我们使用机械APDL为DFM定制了一个自动化系统，从几何定义到分析和后处理，受益于各种各样的约束和元素。”

此外，该组使用万博Ansys流利分析晶格结构中的双流体换热性能，为换热器的设计提供依据。

Nature Architects标志性的直接功能建模技术使用几何结构重新发明了材料属性，无需典型的外部组件即可产生所需的运动，正如视频中所演示的，无需弹簧或常规组件即可创建万向伸缩关节。

实际解决方案

DFM技术提高了传统功能建模的能力，可以根据所需的物理功能立即生成适当的超材料结构。通过DFM, Nature Architects可以为产品添加各种以前无法实现的物理功能，包括灵活性、变形性、导热性和减振性。万博网DFM技术最有效地用于处理运动的产品，如汽车、航空航天和机器人，以及风扇、弹簧、开关和杠万博网杆等部件。通过重新设计这些兼容的机构，Nature Architect的工程师们通过集成结构产生所需的运动，减少了对外部操作部件和组件的需求，包括铰链、螺钉和螺栓。

如果可移动部件可以使用兼容的机构作为单个部件制造，则有可能消除对多个部件的需求，从而消除组装。此外，如果使用DFM正确地设计了兼容机制，则可以将这些功能集成到部件中，从而在单个单元中创建相同的功能。

Nature Architects拥有15人的团队，不直接生产最终产品，但为制造商提供超材料和DFM解决方案，通常在开发和支持产品设计万博网方面进行合作。本质上，Nature Architects构建和操作配备DFM技术的软件模块，为每个客户和项目自动化设计过程。

目前，Nature Architects使用DFM技术提供了三种解决方案——DFM PULSE、DFM TOUCH和DFM UNWELD，分别增强了振动、触觉和钣金加工的能力。该解决方案的应用范围从汽车到音乐设备。

一家汽车零部件公司目前使用DFM PULSE来隔离传感器周围部件的振动，并与一家领先的空调(AC)制造商合作开发用于AC系统的隔振组件。一家建筑公司集成了DFM UNWELD技术来制造建筑部件，DFM TOUCH则被用于为娱乐行业开发设备。

超材料是DFM解决方案的关键组成部分，根据公司或应用的需求提供一系列性能。例如，上面提到的用于缓冲填充物的三角形棱柱基塑性晶格结构具有前所未有的刚性控制，为汽车传感器外围组件提供应力缓解，也可以实现降低振动。传统上，隔振技术需要橡胶或弹簧等外部部件的弹性，但DFM技术在其他材料中再现了这些柔性机构。例如，DFM PULSE可用于用超材料制造弹性特性，以改变任何复合材料或材料，包括玻璃、塑料、木材或金属。

除了像八隅桁架这样的空间填充结构，超材料还可以增强二维结构的物理性能。这意味着几何设计和超材料不仅有利于AM和3D打印项目，而且还可以帮助传统的制造方法，包括注射成型和压制。

为未来设计

Nature Architects已经引起了制造公司的注意。去年夏天，这家初创公司获得了日本新能源和工业技术开发组织(New Energy and Industrial Technology Development Organization)的资助。该组织是一家国家级研发机构，在全球设有办事处，旨在推动开发和引进支持可持续发展的新能源技术。

今年春天，自然建筑师团队通过日本即插即用加速器项目获得了EXPO创业奖。即插即用是一个企业创新平台，总部位于加州硅谷，在世界各地设有办事处，通过加速器项目、投资和网络支持初创公司。Plug and Play与历史上一些最成功的创业公司合作过，包括谷歌、Dropbox和PayPal。

“通过在传统制造方法的基础上创新设计，我们可以提高产品设计的效率，并为产品增加价值，”Ohshima说。万博网“万博Ansys的仿真有助于我们的专有设计系统的自动化和分析的进步。”

要了解更多关于自然建筑师的信息，请访问他们的网站或YouTube频道．有关Ansys启动计划的更多信息，请浏览产品包和资格万博在这里．