英偉達(dá)最新案例：GPU加速復(fù)雜、高效3D打印熱交換器開發(fā)！

3D打印技術(shù)參考注意到，英偉達(dá)官網(wǎng)近日公布了一個(gè)突破性的案例，航空航天3D打印制造商Sintavia借助英偉達(dá)最新的GPU加速技術(shù)，將原本需要88分鐘的單次仿真壓縮至7分鐘，并將幾個(gè)月的開發(fā)周期縮短為兩周，最終開發(fā)制造出一款復(fù)雜、高效的熱交換器。

這款創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)集成了多家企業(yè)的頂尖技術(shù)方案，展示了將先進(jìn)GPU計(jì)算與3D打印深度融合改變產(chǎn)品開發(fā)與制造的未來趨勢(shì)，對(duì)高端制造帶來重要啟示。

整合頂尖技術(shù)方案

該項(xiàng)目的需求來自一家大型航空航天客戶，其要求Sintavia為其開發(fā)一款“下一代熱交換器”。業(yè)內(nèi)讀者多知曉該公司是知名的航空航天3D打印制造服務(wù)商，其核心業(yè)務(wù)之一就是采用數(shù)字設(shè)計(jì)和3D打印，為飛行器、運(yùn)載火箭、船舶等開發(fā)高性能、輕量化的熱交換器。

傳統(tǒng)的熱交換器設(shè)計(jì)依賴CAD建模和反復(fù)測(cè)試，投入巨大且耗時(shí)長(zhǎng)。即時(shí)使用仿真技術(shù)，如今也面臨現(xiàn)實(shí)困境，這是因?yàn)?D打印模型的復(fù)雜度極高、網(wǎng)格單元體量大，造成計(jì)算極為緩慢。Sintavia首席設(shè)計(jì)工程師Jose Troitino表示，“受限于計(jì)算能力，大型模擬可能需要幾天甚至幾周的時(shí)間。”

在該項(xiàng)目中，多家各領(lǐng)域的頭部企業(yè)均提供了頂尖的技術(shù)方案，Sintavia負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、仿真與3D打印制造，英偉達(dá)提供GPU加速計(jì)算平臺(tái)，nTop提供隱式建模軟件，西門子提供仿真軟件，這個(gè)陣容不可謂不強(qiáng)大！

采用NVIDIA RTX PRO 6000與CPU的對(duì)比

超復(fù)雜熱交換器兩周交付

Sintavia使用nTop軟件創(chuàng)建了一個(gè)包含3000萬個(gè)網(wǎng)格單元的模型，在英偉達(dá)GPU的帶動(dòng)下，使用Simcenter STAR-CCM+仿真軟件迭代300次僅用時(shí)7分鐘，而使用24核的AMD CPU將耗時(shí)88分鐘，速度提升超過11倍。

英偉達(dá)RTX PRO 6000 Blackwell工作站版GPU擁有96G的超快顯存，筆者查詢到，這款產(chǎn)品是該領(lǐng)域截止到2026年的頂級(jí)產(chǎn)品，可用于桌面端工作站。這意味著，現(xiàn)在在一臺(tái)工作站上就能輕松搞定以前需要?jiǎng)佑谬嫶蠓?wù)器集群才能完成的超復(fù)雜計(jì)算仿真，極大提升了設(shè)計(jì)進(jìn)程。

Sintavia在穩(wěn)態(tài)模擬運(yùn)行中監(jiān)測(cè)迭代求解器時(shí)間直至收斂

在該項(xiàng)目中，整個(gè)復(fù)雜模型可以一次性完成完整的多物理場(chǎng)驗(yàn)證，內(nèi)存使用量為82.6GB，一張GPU顯卡即可滿足計(jì)算所需。

最終，Sintavia在短短兩周內(nèi)就完成了從優(yōu)化設(shè)計(jì)到3D打印的全過程，而傳統(tǒng)上開發(fā)這樣的產(chǎn)品至少需要幾個(gè)月時(shí)間。這款金屬3D打印的“下一代”熱交換器，重量減輕了30%，熱效率提升了20%，用戶采用CT掃描和熱流測(cè)試驗(yàn)證了產(chǎn)品的完整性與功能性。

Sintavia使用nTop創(chuàng)建的散熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含3000萬個(gè)網(wǎng)格單元

先進(jìn)GPU驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與制造

從本質(zhì)上講，該案例是通過采用先進(jìn)的GPU來加速仿真間接加快設(shè)計(jì)過程的，但另外兩個(gè)案例則涉及直接的先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與3D打印質(zhì)量保障。

?? 助力先進(jìn)結(jié)構(gòu)高速設(shè)計(jì)

上文案例提到的nTop隱式建模軟件，在3D打印和設(shè)計(jì)行業(yè)均擁有極高的名氣，它為先進(jìn)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)生成，體現(xiàn)3D打印技術(shù)的制造價(jià)值發(fā)揮了重要作用。如今，nTop正和NVIDIA攜手，使制造重量更輕、強(qiáng)度更高、效能更好的下一代航空航天零部件變得更快、更簡(jiǎn)單。

傳統(tǒng)建模需要依賴點(diǎn)線面拼出形狀，模型一旦過于復(fù)雜就極易報(bào)錯(cuò)。而nTop使用函數(shù)來定義模型，能夠直接讀取仿真結(jié)果，并結(jié)合指令進(jìn)行自動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2021年，nTop加入了GPU加速功能，將復(fù)雜場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)預(yù)覽性能提升了10-100倍。2024年，nTop與英偉達(dá)達(dá)成戰(zhàn)略合作，并獲得后者旗下風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)NVentures的投資。

?? 助力金屬3D打印過程控制

2026年2月，英偉達(dá)對(duì)使用人工智能技術(shù)驅(qū)動(dòng)金屬3D打印的制造企業(yè)Freeform追加了投資。該公司開發(fā)了全新的3D打印平臺(tái)，其一套系統(tǒng)就將搭載數(shù)百臺(tái)3D打印機(jī)，并且機(jī)器具備微秒級(jí)的監(jiān)控能力，能夠?qū)崟r(shí)追蹤打印過程中的各項(xiàng)參數(shù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的物理仿真，進(jìn)而對(duì)參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，來滿足航空航天等行業(yè)對(duì)高質(zhì)量的制造要求。為匹配龐大的數(shù)據(jù)計(jì)算需求，F(xiàn)reeform布置了英偉達(dá)H200芯片，使系統(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)傳感、仿真和過程控制。

Freeform對(duì)3D打印金屬零件進(jìn)行分析

以上案例充分證明，將先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具、仿真技術(shù)、成熟的3D打印工藝與強(qiáng)大的計(jì)算平臺(tái)相結(jié)合，制造業(yè)的創(chuàng)新速度和產(chǎn)品性能上限正在被打破。雖然只有極少數(shù)的終端用戶有這種需求，但這代表了一種創(chuàng)新的可能性，國內(nèi)會(huì)有團(tuán)隊(duì)抓住這一技術(shù)路徑嗎？

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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