2026年1月30日，总部位于瑞士的高性能结构设计软件公司Spherene发布了Spherene V3，这是对自适应密度最小曲面（ADMS）专利技术的一次重大革新。新版本将ADMS的功能从结构优化扩展到几何控制和流体优化曲面类型，专为在机械、热力和流体约束下运行的增材制造零件而设计。新版本的核心在于解决增材制造领域长期存在一个的限制：难以将仿真驱动的流动和热设计转化为可打印、可预测的内部几何形状。
△图片来自 Spherene
ADMS有何不同之处
工程结构设计需要考虑到各种相互冲突、制约的因素：在不断缩小的设计空间内，既要减轻重量，又要保证机械性能的可预测性，还要实现高效的热性能或流体性能。传统的晶格结构和减材制造方法难以兼顾这些要求，尤其是在单个部件中必须同时满足内部流动特性和机械可靠性时。
ADMS的开发旨在克服这些局限性，它用连续自适应的最小曲面取代了均匀的基于单元的晶格。ADMS并非重复单元结构，而是局部调整壁厚和特征尺寸，以适应复杂的外部几何形状。这使得结构具有近乎各向同性的力学性能和逐层渐进的失效模式，从而能够制造出在负载下性能更可预测的轻质结构。在 Spherene V3 中，ADMS的功能从结构优化扩展到包括流体优化几何形状，使内部表面能够主动管理增材制造零件中的机械、热和流体性能。
△三周期极小曲面（TPMS）结构和自适应密度最小曲面(ADMS)结构的区别：TPMS结构几何形状均匀重复，而Spherene的ADMS结构可智能地响应应力、热量和载荷，从而在整个零件中保持各向同性性能。
V3 版本新增几何控制：优化流量
Spherene V3 引入了基于矢量场的几何控制，使工程师能够在不破坏表面连续性的前提下，局部影响 ADMS 的方向并引入可控的各向异性。在此基础上，V3 还推出了专为流体应用设计的新型几何结构——Flow ADMS。传统的最小表面结构通常存在内部腔室间流动阻力不均匀和整体压降过高等问题。Flow ADMS 通过能量优化几何结构解决了这些问题，该结构在平衡压力分布的同时降低了阻力，从而实现了更高效的流体运动和更低的泵送需求。
V3 版本通过流动方向控制进一步扩展了这一功能，允许设计人员使用矢量场定义首选流动路径。几何形状会相应地进行调整，从而最大限度地降低沿预期通道的阻力。在热交换器的 CFD 模拟中，应用流动方向控制功能后，与采用螺旋填充结构且热性能相近的结构相比，压降降低了约 20%。
这些功能通过 SphereneHEX 得到验证。SphereneHEX 是一款概念验证设计，它将流体控制和散热集成于单个增材制造结构中。SphereneHEX利用流体自适应 ADMS 技术，展示了如何通过内部几何形状同时控制热性能、内部流体运动和组件尺寸。
△SphereneHEX。图片来自 Spherene
当前局限性
尽管取得了这些进展，但流体自适应ADMS仍然受到制造现实的限制。虽然CFD模拟表明压降和热性能有可测量的改善，但实际验证仍取决于具体应用。性能取决于打印质量、后处理和操作条件。最后，矢量场驱动几何带来的更大设计自由度增加了计算复杂性，对于习惯于传统晶格工作流程的工程师来说，这需要一定的学习曲线。
直到最近，增材制造软件可以生成复杂的晶格结构，但对内部流道的功能控制仍是一个难以克服的限制，这限制了设计实现的能力。由于自适应晶格和仿真对齐几何工作流程的进步，这种限制正在发生转变。在DEVELOP3DLive
大会上，专家们强调，计算设计工具可以将仿真和功能需求转化为可制造的几何体，帮助工程师创建以前无法打印的 复杂内部结构。Autodesk的Netfabb
2026 版本增强了晶格和仿真支持，缩小了设计意图与可制造性之间的差距。此前，Spherene 通过更深入的 CAD 和插件集成扩展了ADMS
生态系统，以简化和加速用于 3D 打印的复杂晶格结构的设计。
这些进展共同表明，业界正在积极努力消除增材制造零件设计中长期存在的限制，以实现可预测的流体和热性能。
来源：南极熊
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