ИИ-генеративный дизайн для 3D-печати

Lisa Ernst · 21.11.2025 · Технология · 9 min

Когда кто-то приходит к нам в мастерскую с обломанным кронштейном в руке, мы часто слышим одну и ту же фразу: "Мне нужна точно такая же деталь – только прочнее и желательно к завтрашнему дню." Раньше это означало часы работы в CAD, несколько тестовых распечаток и немного разочарования, когда деталь все равно ломалась в неподходящем месте. Сегодня мы сначала даем ИИ создать первоначальный эскиз, устанавливаем четкие рамки для генеративного дизайна и отправляем на принтер только лучший вариант.. Мы покажем вам с точки зрения команды 33d.ch, как вы можете объединить ИИ-генеративный дизайн с 3D-печатью – от текстового ввода до оптимизированного STL. Попутно вы получите практические настройки, типичные подводные камни из нашей повседневной работы и несколько трюков, которые позволили нам значительно снизить процент ошибок.

Собственное представление

Quelle: Собственное представление

Введение и основы

Когда мы говорим об ИИ, генеративном дизайне и 3D-печати, это практически всегда касается одной и той же цепочки: сначала возникает идея формы (например, с помощью ИИ из текста или изображений), затем алгоритм оптимизирует геометрию по таким целям, как вес, жесткость или расход материала, а в конце принтер слой за слоем воплощает все это в жизнь. Neural Concept хорошо показывает, как такие ИИ-рабочие процессы меняют аддитивное производство.

На практике мы постоянно видим у наших клиентов похожие применения: легкие кронштейны для электроники, зажимы и переходники в машиностроении, сложные вентиляционные или охлаждающие каналы с извилистыми внутренними структурами или спортивные/ортопедические детали, которые чисто прилегают к телу. Altair демонстрирует, как для этих целей используются решетчатые структуры.

Три ключевых термина вы встретите почти в каждом проекте:

• Генеративный дизайн: Алгоритмы создают предложения геометрии на основе граничных условий, таких как нагрузки, точки крепления, material и метод производства. Часто возникают формы, выглядящие органично, о которых в классическом CAD даже не подумал бы. Formlabs практически объясняет этот принцип..
• Решетчатые структуры: Это сетчатые внутренние структуры, с помощью которых можно уменьшить вес и одновременно улучшить жесткость или амортизацию. Особенно интенсивно это используется в легких конструкциях и медицинской технике. 3erp.com освещает такие применения..
• ИИ-генерирование 3D: Современные модели создают 3D-объекты непосредственно из текста, изображений или сканов. Такие провайдеры, как Meshy AI, 3D AI Studio, Sloyd , Hyper3D предлагают платформы, из которых вы можете экспортировать файлы STL или OBJ..

Рынок 3D-печати растет во всем мире, и ИИ-методы проектирования и оптимизации непосредственно выигрывают от этого. Различные рыночные отчеты ожидают в ближайшие годы часто двузначных темпов роста как по 3D-печати в целом, так и по использованию ИИ в аддитивном производстве. PR Newswire и Market.us предоставляют данные об этом.

Подготовка и инструменты

Для чистого старта в AI generative design 3D printing вам не нужна высококлассная лаборатория, но необходимо разумное базовое оснащение. Что зарекомендовало себя в нашей мастерской и в клиентских проектах:

• 3D-принтер: Надежный FDM-принтер с чисто откалиброванной механикой и подходящим объемом печати, например, от Prusa, Bambu Lab или Creality.
• Слайсер: Программное обеспечение, такое как PrusaSlicer, Cura , OrcaSlicer, , чтобы преобразовывать STL-файлы в G-код и управлять высотой слоя, плотностью заполнения и поддержками..
• Инструмент для CAD или редактирования моделей: Программы, такие как Fusion 360, FreeCAD или Blender , для проверки, настройки и исправления ИИ-моделей..
• Инструменты Text-to-3D: ИИ-сервисы с функцией экспорта, например, Meshy AI, 3D AI Studio, Hyper3D, Sloyd или Printpal. Многие предлагают бесплатные стартовые планы..
• Программное обеспечение для генеративного дизайна (опционально): Модули в CAD-программах, таких как Fusion 360, или специальные Lattice-инструменты от Altair или Autodesk. Formlabs хорошо и понятно описывает рабочий процесс..

Чтобы получить представление о выборе материала в контексте генеративного дизайна, мы часто ориентируемся на следующую грубую сводку:

Наш внутренний контрольный список перед запуском часто звучит так: Во-первых, мы определяем четкую целевую деталь с грубыми размерами и нагрузками, во-вторых, мы решаем, какой ИИ-инструмент создаст модель и какой CAD возьмет на себя последующую обработку, и в-третьих, мы трезво проверяем, может ли выбранный принтер действительно обеспечить нужный объем, материал и точность. Neural Concept также подчеркивает важность таких четких целей.

Пошаговое руководство

Путь от идеи до напечатанной детали можно хорошо разделить на несколько этапов. Именно так мы в 33d.ch строим и клиентские проекты.

Шаг 1: Определение цели и граничных условий

Сначала подумайте, что деталь действительно должна выдерживать в повседневной жизни: должна ли кабельная стяжка просто связывать несколько проводов или крышка должна выдерживать несколько килограммов. Запишите функцию, окружение (внутри помещений, мастерская, жара, влажность), безопасные расстояния и точки крепления, например, два отверстия для винта с определенным шагом. Для сильно нагруженных деталей полезно грубо оценить силы и сразу же учитывать подходящие материалы, такие как PETG или нейлон. 3erp.com дает здесь рекомендации.

Как небольшая проверка: если вы можете описать свою деталь одним предложением, вы, как правило, достаточно ясны для следующих шагов.

Шаг 2: Определение грубой геометрии

Прежде чем обращаться к ИИ, создайте оболочку или эталонный объем, иначе в худшем случае он выдаст вам красивую модель, которая никуда не подойдет – это раздражает. Простой параллелепипед с вырезами в Fusion 360 или FreeCAD часто бывает достаточным. Важны последующие поверхности крепления, отверстия и граничные размеры.

Проверка успеха на этом этапе: При необходимости распечатайте только оболочку с несколькими слоями и проверьте на объекте, подходят ли размеры и монтажный объем.

Шаг 3: Создание первой модели с помощью Text-to-3D AI

Теперь сердцевина: инструмент Text-to-3D, такой как Meshy AI, 3D AI Studio, Sloyd, Hyper3D или HexaGen. Опишите деталь как можно конкретнее, например: "механическая кабельная стяжка с двумя каналами для 4-мм кабеля, плоская опорная поверхность с двумя отверстиями для винтов, для FDM-3D-печати без чрезвычайно мелких деталей". Многие из этих инструментов выдают несколько вариантов; выберите тот, чей общий силуэт лучше всего подходит, и экспортируйте STL или OBJ. Reuters например, сообщает об открытых 3D-моделях от Tencent.

В 33d.ch мы в начале часто формулировали слишком обобщенно ("крепление для кабеля"). Результат выглядел красиво, но был почти бесполезен. Поскольку мы теперь напрямую указываем в запросе ширину сопла, примерные толщины стенок и ситуацию установки, получаются гораздо более печатаемые эскизы.

Шаг 4: Проверка, очистка и подгонка модели по размерам

Ни одна ИИ-модель у нас никогда не попадала непосредственно в принтер. Откройте сетку в вашем CAD- или Mesh-инструменте и проверьте, является ли модель замкнутой, не содержит ли она свободных фрагментов, и являются ли толщины стенок и детали печатаемыми. Для сопла 0,4 мм зарекомендовали себя несущие стенки толщиной не менее 1,2 мм, а для тонких деталей – от 0,6–0,8 мм. 3erp.com приводит аналогичные ориентировочные значения.

Целенаправленно корректируйте критические размеры, такие как диаметры отверстий, ширина пазов или контактные поверхности. Многие проекты мы реализуем так, что функциональные области моделируются параметрически, а лишь "органические" зоны создаются ИИ. Formlabs описывает этот микс из функциональных поверхностей и более свободных структур.

В качестве проверки подходит быстрый "тестовый отпечаток с низким заполнением": несколько периметров, грубая высота слоя, только чтобы увидеть, все ли механически совпадает.

Шаг 5: Применение генеративного дизайна или оптимизации Lattice

Quelle: amfg.ai

Генеративный дизайн использует алгоритмы для оптимизации деталей с учетом нагрузок и граничных условий.

Если деталь должна быть чем-то большим, чем простое покрытие, стоит сделать следующий шаг. В Fusion 360 вы определяете монтажные поверхности как зоны "Preserve", отмечаете области препятствий, устанавливаете случаи нагрузок и выбираете "Additive" в качестве метода производства. Система затем предлагает геометрии, которые экономят материал и при этом остаются прочными – часто с разветвленными, решетчатыми формами. Formlabs объясняет этот процесс.

Для внутренних структур подходят Lattice-инструменты, которые автоматически создают решетчатые геометрии на основе путей нагрузок и типов ячеек. Современный генеративный ИИ может оптимизировать решетки таким образом, чтобы достигались определенные целевые значения жесткости, энергопоглощения или тепловых свойств. accscience.com и Altair показывают типичные примеры.

В качестве проверки успеха мы часто используем простые FEM-проверки или, по крайней мере, "проверки здравым смыслом": где идут пути силы, где может сломаться перемычка, где нужно больше материала.

Шаг 6: Слайсинг и печать

Экспортируйте оптимизированную модель как STL и импортируйте ее в ваш слайсер. Выберите ориентацию, в которой критические поверхности лежат стабильно на печатном столе, а свесы максимально малы. Для функциональных деталей мы часто используем толщину слоя 0,2 мм, три-четыре внешние стенки и 30–40% заполнения (например, Gyroid). Для решетчатых структур слайсер обычно работает без классического заполнения, поскольку сама решетка является несущей структурой. 3erp.com дает здесь практические советы.

Обратите внимание на подходящие температуры, настройки вентилятора и разумные скорости печати. Особенно для генеративных легких деталей стоит не гнаться за максимальной скоростью – оторвавшаяся структура-решетка сохранит филамент, но не ваши нервы. Market.us подчеркивает роль стабильных процессов.

Шаг 7: Тестирование, обучение, итерация

После печати следует практический тест: выполняет ли деталь свою задачу, или она изгибается в неправильных местах. Подходит ли сборка, что-то ли сталкивается, или деталь сидит чисто. Если что-то не так, вернитесь к шагу 4 или 5, усильте критические зоны, измените структуру-решетку или уточните свои граничные условия в генеративном дизайне. Neural Concept описывает, как ИИ именно в этих итерациях экономит время.

В нашей мастерской это уже стало обычным делом: клиент из машиностроения приносит слишком тяжелый кронштейн, мы создаем более легкий генеративный дизайн за одну-две итерации и печатаем в итоге вариант, который часто экономит 30–50% веса, но при этом выдерживает испытания.

Quelle: 3dnatives.com

ИИ-генеративный дизайн позволяет создавать сложные и оптимизированные 3D-модели для 3D-печати.

Типичные ошибки и решения

Мы экономим много времени, потому что заранее учитываем типичные ошибки в AI generative design 3D printing. Несколько примеров из практики:

• Слишком "художественные" ИИ-модели: Некоторые модели Text-to-3D любят тонкие грани, парящие элементы или острые орнаменты, которые на FDM-принтере просто не имеют смысла. Слайсер затем сообщает о тонкой толщине стенок или рисует странные линии в предварительном просмотре. Neural Concept рассматривает такие ограничения. Это случалось и с нами вначале – с тех пор, как мы формулируем строже, процент брака значительно снизился..
• Незакрытые или ошибочные сетки: Особенно при сложных формах и нескольких этапах обработки быстро возникают дыры или двойные поверхности. В печати это видно как пробелы или пропущенные слои. 3erp.com подробно описывает это..
• Генеративные дизайны, которые трудно монтируются или не помещаются в объем печати: Алгоритм сначала оптимизирует только показатели, а не вашу отвертку. Результат: идеальные легкие детали, которые в реальности трудно закрепить винтами. Formlabs и Neural Concept показывают, как вставляются такие граничные условия..
• Слишком мелкие решетчатые структуры: Если толщина перемычки находится в пределах ширины сопла, решетка при снятии с печатного стола часто ломается – особенно при наших первых задачах по созданию решетчатых структур мы буквально раздробляли детали в руках. Altair приводит здесь справочные значения..

Варианты и адаптации

Описанный рабочий процесс не является жестким рецептом. В зависимости от проекта мы немного адаптируем его в мастерской 33d.ch.

• Декоративные объекты или фигурки: Если основное внимание уделяется внешнему виду, мы часто отказываемся от шага генеративного дизайна и концентрируемся на высококачественных моделях Text-to-3D. Инструменты, такие как Meshy, Sloyd , Hyper3D , здесь сильны – особенно для фотополимерной печати с мелкими деталями..
• Функциональные детали в машиностроении или авиации: Здесь акцент делается на генеративном дизайне и решетчатых структурах. Генеративный ИИ может создавать решетки, которые отвечают механическим и тепловым требованиям при минимальном расходе материала. accscience.com показывает подходящие примеры..

Платформы, такие как Neural Concept , объединяют ИИ-поддерживаемое моделирование с оптимизацией геометрии. Таким образом, варианты можно проверять значительно быстрее, чем если бы каждый дизайн перепроверялся вручную.

Quelle: 3dprintingindustry.com

Тонкие решетчатые структуры, как здесь в металлической детали, являются отличительной чертой ИИ-генеративного дизайна и 3D-печати.

Интересен и взгляд в будущее: разработки в области 5-осевой печати, например, у Generative Machine или Ai Build, позволяют печать почти без поддержек и тем самым меняют то, как мы планируем свесы и решетки. GenerationOne является примером 5-осевого принтера, рама которого была разработана генеративным способом. Tom's Hardware, All3DP, Autodesk , GitHub представляют концепцию.

Если вы хотите увидеть рабочий процесс Text-to-3D вживую, короткое видео часто поможет больше, чем десять скриншотов:

Это видео показывает, как создаются модели из текстовых описаний с помощью Meshy AI и подготавливаются для 3D-печати.

FAQ: Часто задаваемые вопросы из нашей мастерской

В беседах с энтузиастами, малым и средним бизнесом и школами мы постоянно сталкиваемся с похожими вопросами по поводу AI generative design 3D printing. Некоторые из них мы здесь осветим.

Вопрос 1: Могу ли я использовать ИИ-генерированные дизайны для деталей, имеющих отношение к безопасности?

Для деталей, критичных к безопасности – например, несущих компонентов, деталей машин, имеющих отношение к безопасности, или деталей в авиации – одного ИИ-дизайна недостаточно. Здесь вам понадобятся обширные доказательства, испытания и, возможно, сертификация. ИИ и генеративный дизайн – это мощные инструменты для поиска вариантов, но окончательное проектирование всегда должно быть обеспечено классическими симуляциями, тестовыми прогонами и стандартами. Neural Concept и аналогичные поставщики подчеркивают именно этот момент.

Вопрос 2: Нужны ли мне дорогие профессиональные программы, чтобы начать с AI generative design 3D printing?

Для первых проектов наш опыт однозначен: нет. Многие платформы Text-to-3D имеют бесплатные уровни, а CAD-программы, такие как FreeCAD или Blender , и так бесплатны. Функции генеративного дизайна в Fusion 360 или Lattice-инструменты от Altair обычно требуют лицензии, но предлагают более глубокий контроль и удобные рабочие процессы. Мы часто рекомендуем: сначала изучите принцип с использованием бесплатных инструментов, а затем, при необходимости, перейдите на профессиональное программное обеспечение.

Вопрос 3: Какова ситуация с правами на использование ИИ-генерированных 3D-моделей?

Права на использование зависят от услуги к услуге. Некоторые платформы позволяют использовать результаты в коммерческих целях, другие оставляют за собой определенные права или требуют упоминания. Модели с открытым исходным кодом часто используют лицензии, такие как MIT, Apache или Creative Commons. Примеры вы можете найти, в частности, на Hyper3D, HexaGen и в проектах на GitHub. Поэтому всегда внимательно проверяйте условия использования и тексты лицензий, если вы хотите использовать модель в коммерческих целях.

Вопрос 4: Каково практическое преимущество по сравнению с классическим CAD без ИИ?

Самую большую разницу мы замечаем везде, где требуется много вариантов: легкие кронштейны, альтернативные геометрии охлаждающих каналов, различные топологии при одинаковых граничных условиях. ИИ-поддерживаемые генеративные подходы дают здесь варианты в течение нескольких минут или часов, на которые человек мог бы потратить дни или недели. Neural Concept и Formlabs выделяют это преимущество. Для простых деталей, таких как крышки или проставки, классический CAD часто остается более быстрым вариантом.

Вопрос 5: Могу ли я с помощью ИИ напрямую генерировать 3D-печатные файлы из текста, без навыков CAD?

Да, это уже удивительно хорошо работает. Поставщики, такие как HP, Meshy, Sloyd, Hyper3D, 3D AI Studio , или опубликованные Tencent 3D-модели напрямую генерируют объекты из текста и изображений, которые часто можно печатать с небольшими корректировками. Тем не менее, вы должны иметь базовое понимание размеров, допусков и пределов печати – иначе модель будет выглядеть хорошо, но не будет работать.

Краткий вывод: Что вы можете вынести сейчас

В конце мы кратко суммируем основные моменты – так мы работаем и внутри компании, прежде чем начать новый проект:

• Четко определите функцию, окружение и точки крепления вашей детали, прежде чем запускать ИИ.
• Никогда не используйте ИИ-модели слепо: проверьте, отремонтируйте, скорректируйте размеры и только потом загрузите в слайсер.
• Применяйте генеративный дизайн и решетчатые структуры там, где действительно важны вес, жесткость или экономия материала.
• Планируйте достаточное количество итераций – ИИ ускоряет процесс, но не заменяет тесты на реальной детали.
• Документируйте работающие настройки и рабочие процессы, чтобы вы могли использовать их повторно для будущих проектов.

Если вы планируете более сложный проект и не уверены, будет ли ваш генеративный дизайн действительно печатаемым, часто стоит получить второй взгляд со стороны. В нашей мастерской в 33d.ch мы регулярно проверяем такие детали для клиентов из самых разных отраслей – от энтузиастов до малого и среднего бизнеса.

Это видео показывает рабочий процесс генеративного дизайна в Fusion 360 и делает переход от теории к практическому рабочему процессу осязаемым.

Хорошо подходит к этому (идеи внутренних ссылок для других статей):

• Понимание допусков 3D-печати
• Правильное хранение и сушка филамента
• Настройки слайсера для надежных функциональных деталей
• Сравнение FDM, SLA и SLS 3D-печати в повседневной жизни
• Контрольный список для первой 3D-печати с клиентскими деталями

Если вы примените эти строительные блоки шаг за шагом к своим собственным проектам, у вас будет прочная основа, чтобы не просто попробовать AI generative design 3D printing, но и действительно использовать его в своей повседневной жизни.