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西門(mén)子研究員正在使用一種新的軟件技術(shù)將仿生學(xué)和3D打印結合起來(lái)，這種軟件可以自動(dòng)計算幾何解決方案。這在行業(yè)內非常重要，甚至可能會(huì )引發(fā)一場(chǎng)變革整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的革命。

歷*很多偉大的科學(xué)發(fā)現都是受到自然界中普通事物的啟發(fā)，這次也是這樣。這次的普通事物就是——樹(shù)！西門(mén)子中央研究院窗外的樹(shù)引起了研究員Christoph Kiener的關(guān)注。Kiener認為：“樹(shù)由樹(shù)干和樹(shù)枝構成，這種分支結構本身就包含了營(yíng)養傳輸系統，可以實(shí)現的營(yíng)養循環(huán)。我們肺部和血管的運作方式與植物根部沒(méi)什么不同，液體一直都是這樣被引導和分布的。” 受此啟發(fā)，Kiener開(kāi)展了對于燃燒器噴嘴的設計研究。燃燒器噴嘴可以應用于電廠(chǎng)和能源處理技術(shù)，將固體、液體燃料或生物質(zhì)能轉化為可燃氣體并使之燃燒。Kiener的設計并非出于偶然。早在2014年，增材制造就被用在過(guò)Kiener開(kāi)發(fā)的一個(gè)金屬?lài)娮焐?。這個(gè)噴嘴的設計比其他噴嘴更容易冷卻。因此，即使燃燒器到達了其可以承受的高溫度（大約1500攝氏度），燃燒器也不會(huì )過(guò)熱。這在當時(shí)是*的成就。

Tobias Kamps在優(yōu)化燃燒器噴嘴的3D設計。

那次的成功激勵了Kiener繼續研究使用增材制造，因為它可以在一個(gè)組件中結合更多的特性和配置。Kiener希望能夠在新的領(lǐng)域復制上一次的成功。在Kiener的*份設計手稿中可以看到帶有分枝的冷卻管。接著(zhù)，電腦程序重復優(yōu)化了這個(gè)設計，并將后的模型發(fā)送給3D打印機。后的結果就像我們下圖看到的這樣——一個(gè)由多層交叉著(zhù)的紋路構成的桶大小的塑料燃燒器噴嘴。 這個(gè)燃燒器噴嘴是一個(gè)很好的仿生學(xué)例子。仿生學(xué)使用自然界經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年的進(jìn)化完善出的豐富解決方案來(lái)設計產(chǎn)品。今天，多虧了兩種新的制造科技——“生成設計”和3D打印——這種方式很快就可以為汽車(chē)和航空制造等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性的轉型。所謂“生成設計”，總體而言就是通過(guò)計算機和化計算自動(dòng)生成設計。Kiener表示：“在西門(mén)子，我們希望在我們的產(chǎn)品生命周期管理軟件PLM的幫助下使用這些新的設計，因為這樣發(fā)展出來(lái)的科技通常更加強大，經(jīng)濟適用，檢修更少。”

四兩撥千斤

今天，新的生成式計算機程序擴大了仿生學(xué)的可能性。雖然數字化的選取過(guò)程并不僅限于來(lái)自自然界的靈感，但是“生成設計”計算的時(shí)間越長(cháng)，得出的設計就越有機。這個(gè)結果并不讓人驚訝，因為得出的結果通常反映出更好的自然過(guò)程。使用這個(gè)科技制造出的部件通常十分強大，并且需要更少的材料和能源。這就像自然界里的情況一樣——使用極少的資源取得大的回報。

這樣，此軟件可以在*不需要人工干涉下完善一個(gè)組件的流動(dòng)特征、導熱性、力量、承重性等性能。更好的是，只要生成軟件計算出了一個(gè)解決方案，增材制造就可以快速實(shí)現復雜的設計，與傳統的鍛造和碾軋相比節約材料和開(kāi)支。

加速進(jìn)化

Kiener的燃燒器噴嘴也使用了同樣的過(guò)程。Kiener和他的團隊使用了西門(mén)子的PLM仿真程序來(lái)完善他們的初期手稿。他們在程序里輸入了需要滿(mǎn)足的條件和目標，后得到一個(gè)優(yōu)化了的設計。

在這個(gè)項目里，Kiener的目標是創(chuàng )造一個(gè)不會(huì )過(guò)熱的燃燒器。在幾天之內，PLM程序為冷卻管和分布燃料的導引板計算了幾百種方案，直到找到了一個(gè)對于液體流動(dòng)來(lái)說(shuō)的方案。Kiener感嘆道：“這就是加速進(jìn)化！仿真和測試說(shuō)明我們的設計不但完成了它的任務(wù)，并且還比之前的模型更加持久，強大，經(jīng)濟適用。”

相似的，西門(mén)子也發(fā)展了其他產(chǎn)品，比如受稍微扭曲的鯊魚(yú)鰭啟發(fā)的燃氣輪機葉片。自2016年起，這些葉片就被用在了商用燃氣輪機上。這個(gè)新的方法也將燃氣輪機葉片從設計到生產(chǎn)所需的時(shí)間從兩年縮短到了兩個(gè)月。

Christoph Kiener站在幾個(gè)3D打印出來(lái)的樣本后面。

飽含著(zhù)多種材料的組件

創(chuàng )新的腳步尚未停止。在Kiener旁邊的辦公室里，仿生學(xué)專(zhuān)家Tobias Kamps正在努力開(kāi)發(fā)一個(gè)可以在一個(gè)組件中結合多種材料的打印過(guò)程。這個(gè)過(guò)程同樣受到了仿生學(xué)的啟發(fā)。Kamps介紹說(shuō)：“一只手臂由骨骼、組織、脈管和皮膚組成。有了增材制造，我們可以使用多種材料制造一整個(gè)組件。”舉個(gè)例子，要制造一個(gè)組件，人們不必采用同樣的材料，而是可以使用昂貴的耐高溫合金制造離熱源近的部分，使用更經(jīng)濟適用的金屬來(lái)制造離熱源遠的部分。

數字量輸入/輸出模塊轉換

來(lái)自過(guò)程的外部數字信號電平轉換成控制器內部信號電平

將控制器的內部信號電平轉換成過(guò)程所要求的外部信號電平。

SM 327 是一個(gè)可升級的I/O模塊。共有16個(gè)通道，其中8個(gè)通道是固定的，另8個(gè)通道可分別用作輸入或輸出。因此，該組和模塊可以靈活地滿(mǎn)足任何組合的需要。

西門(mén)子SM323數字量輸入輸出模塊現貨SM323數字量輸入輸出
模塊數字量輸入/輸出 用于連接標準開(kāi)關(guān)、2線(xiàn)制接近開(kāi)關(guān)(BERO)、電磁閥、接觸器、低壓電機、燈和電機起動(dòng)器
 

數字量輸入/輸出模塊轉換

來(lái)自過(guò)程的外部數字信號電平轉換成控制器內部信號電平

將控制器的內部信號電平轉換成過(guò)程所要求的外部信號電平。

SM 327 是一個(gè)可升級的I/O模塊。共有16個(gè)通道，其中8個(gè)通道是固定的，另8個(gè)通道可分別用作輸入或輸出。因此，該組和模塊可以靈活地滿(mǎn)足任何組合的需要。

• 數字量輸入/輸出
• 用于連接標準開(kāi)關(guān)、2線(xiàn)制接近開(kāi)關(guān)(BERO)、電磁閥、接觸器、低壓電機、燈和電機起動(dòng)器

Area of application

數字量輸入/輸出模塊適用于連接：

• 標準開(kāi)關(guān)和兩線(xiàn)制接近開(kāi)關(guān)(BERO)
• 電磁閥、接觸器、小功率電機、燈和電機啟動(dòng)器

Design

數字量輸入/輸出模塊具有下列機械特性：

• 緊湊型設計：
  • 綠色 LED，用于指示輸入/輸出的信號狀態(tài)，
  • 插入前連接器
  • 前門(mén)上的標簽區
  • 連接器針腳分配，用于在前門(mén)內部進(jìn)行配線(xiàn)。
• 安裝簡(jiǎn)單：
  沒(méi)有插槽規則；輸出地址由插槽決定。
  當在 ET 200M 中與有源總線(xiàn)模塊一起使用時(shí)，可以進(jìn)行熱插拔，而不會(huì )有任何反應。
• 方便用戶(hù)接線(xiàn)

Functions

數字量輸入/輸出模塊轉換

• 來(lái)自過(guò)程的外部數字信號電平轉換成控制器內部信號電平
• 將控制器的內部信號電平轉換成過(guò)程所要求的外部信號電平。

SM 327 是一個(gè)可升級的I/O模塊。共有16個(gè)通道，其中8個(gè)通道是固定的，另8個(gè)通道可分別用作輸入或輸出。因此，該組和模塊可以靈活地滿(mǎn)足任何組合的需要。