功能化生成设计：一种面向3D打印的进化方法

消费级打印机已广泛普及，但其打印复杂物体的能力有限。因此，需要发现具有相同功能但可打印的新设计。一个具有代表性的此类问题是制造一个可用且可靠的机械弹簧。所提出的解决该问题的方法论由三部分组成：首先，通过变分自编码器（VAE）学习一个有效的搜索空间；其次，构建一个面向功能设计的代理模型；第三，使用遗传算法同时更新代理模型的超参数，并利用更新后的代理模型优化设计。以一个汽车发射机构作为测试领域，将弹簧设计进行3D打印并评估以更新代理模型。随后进行了两组实验：第一组实验中，基于代理的优化器的初始设计集从用于训练VAE模型的训练集中随机选取，这导致了一种开发式的搜索行为。另一方面，在第二组实验中，初始集由同一训练集中更均匀选取的设计组成，观察到了更具探索性的搜索行为。两组实验均表明，该方法论能生成有趣、成功且可靠的弹簧几何形状，并对3D打印过程中固有的噪声具有鲁棒性。该方法论可推广至其他功能设计问题，从而使消费级3D打印更具通用性。