本案例用Apex Generative Design軟體進行生成式設計，對傳統設計的引擎蓋鉸鏈進行優化，重新設計成適合積層製造（3D列印）的版本，不僅鉸鏈重量大幅減輕，所需的零件數量也大幅縮減。
這篇文章原文為EDAG Engineering,voestalpine Additive Manufacturing Center的實際案例
一般而言，鉸鏈是一種結構簡單、功能單一的零件。不過，當它需要實現特殊的運動機制，並且必須安裝在有限的汽車引擎空間內時，設計就會變得複雜許多。
這類型的鉸鏈通常體積較大，無法安裝在小型車或跑車上。此外，相較普通的鉸鍊，它們的重量也明顯增加，這會為車輛帶來額外的負擔，與目前汽車輕量化以降低油耗的趨勢背道而馳。由於這種複雜的運動機制，單一鉸鏈的零件數量可能高達20到40個，而使用傳統製程來生產這類小批量的組件，經濟效益並不高。
因此，實現極致的輕量化設計，同時透過高度的功能整合，大幅減少零件數量，並確保運動機構的正常運作，是工程師對這個鉸鍊設計的目標與挑戰。為了達成這個目標，設計團隊將鉸鏈分為上下兩個部分，進行研究與設計。他們利用積層製造（3D列印）的多樣化可能性，重新思考零件的設計，並最終以3D列印的方式完成生產。如此可避免開模大量生產的資源耗費。
結合生成式設計的輕量化結構
團隊將相關的CAD模型匯入MSC Apex Generative Design軟體，針對上下兩個組件進行優化設計。在模型準備階段，他們定義了必要的設計區域與非設計區域，包括所有與主結構連接的元件，並選擇316L不銹鋼作為材料。接著，將可能出現的力加進模型中，並組合成不同的負載進行優化設計。優化過程中，以結構能夠承載的最大應力值為限制條件。
依照上述方法，針對上部零件，生成了一個全新的幾何結構，將原本15個零件整合成1個核心組件和3個附加零件，零件重量也從接近800克減少到僅200克。然而，在分析生成的結構時，發現演算法設計出了一根過長的支撐桿，工程師希望透過額外的連接來加強該支撐桿的穩定性。為了解決這個問題，將已生成的結果重新匯回模型準備階段，並使用MSC Apex Generative Design的幾何工具，在需要加強連接的地方設計一根支撐桿的結構。這根支撐桿只需要大致插入，演算法會在幾次優化迭代後自動將其精確地整合到整體結構中。
最後，團隊生成了另一個包含額外支撐桿的版本，這個設計比之前的結構更加穩定。同時，他們還成功在結構的其他區域稍微減少了材料使用量，使得最終優化後的零件重量仍保持在200克，重量減輕達75%。
針對引擎蓋鉸鏈的下部結構，優化過程與模型結構的處理方式相同。優化後不僅減少了零件數量，還將重量降低了近40%。生成的結構不需要再進行額外調整，可以直接透過MSC Apex Generative Design內建的「網格轉CAD」功能，轉換為NURBS的CAD交換格式。
整體來看，優化結果展現了非常良好且均勻的應力分佈曲線，並讓整個引擎蓋鉸鏈組件的重量減輕了53%。此外，零件數量也從原本的19個大幅縮減到6個，完全符合設計目標。
製造模擬與變形補償
透過Simufact Additive進行的製程模擬，成功解決了零件列印時的兩個主要挑戰：支撐結構的優化與變形補償。由MSC Apex Generative Design生成的幾何數據，我們將其匯入Simufact Additive模擬軟體，在幾小時內完成所有計算。整個生產流程，包括後處理步驟，例如從列印板移除以及潛在的熱處理等，都可以在軟體中完整模擬。
Simufact Additive能夠優化列印方向，以減少支撐結構的需求，盡可能達到最佳的列印效果。同時，列印過程中可能發生的變形也能準確預測出來，並自動修改CAD幾何，使最終成品的形狀非常接近目標幾何。透過這種方法，成功將下部零件的變形從超過2mm(毫米)減少到不到0.2mm；上部零件的變形則從4mm降低到0.42mm。藉由這項模擬技術，能夠確保高品質且無誤差的生產結果。
總結
透過 MSC Apex Generative Design 的協助，原本繁重且複雜的組裝方式得以徹底重新設計，成功打造出一款創新的引擎蓋鉸鏈。
這項設計採用生成式設計技術，創造出原生且輕量化的結構，大幅減輕了重量。同時，透過功能整合，原本需要大量零件的組裝也被簡化至最低限度。
使用者可以直接在軟體中手動調整設計，並將修改後的設計順利整合。只需幾次滑鼠點擊，就能生成符合標準 CAD 格式的檔案，完全省去傳統逆向工程繁瑣的手動工作。
此外，透過 Simufact Additive 對生成結構進行製造模擬，能有效優化製造過程中的關鍵元素，例如翹曲和應力問題，確保零件符合品質標準。
原文內容: Accelerate product development of complex hood hinges with Generative Design – Automotive engineering: Enabling complex hinges for sports cars with integrated lightweight design