Additive manufacturing (AM) enables highly complex-shaped and functionally optimized parts. To leverage this potential the creation of part designs is necessary. However, as today’s computer-aided design (CAD) tools are still based on low-level, geometric primitives, the modeling of complex geometries requires many repetitive, manual steps. As a consequence, the need for an automated design approach is emphasized and regarded as a key enabler to quickly create different concepts, allow iterative design changes, and customize parts at reduced effort. Topology optimization exists as a computational design approach but usually demands a manual interpretation and redesign of a CAD model and may not be applicable to problems such as the design of parts with multiple integrated flows. This work presents a computational design synthesis framework to automate the design of complex-shaped multi-flow nozzles. The framework provides AM users a toolbox with design elements, which are used as building blocks to generate finished 3D part geometries. The elements are organized in a hierarchical architecture and implemented using object-oriented programming. As the layout of the elements is defined with a visual interface, the process is accessible to non-experts. As a proof of concept, the framework is applied to successfully generate a variety of customized AM nozzles that are tested using co-extrusion of clay. Finally, the work discusses the framework’s benefits and limitations, the impact on product development and novel AM applications, and the transferability to other domains.

增材制造（AM）可实现形状复杂且功能优化的零件。为了发挥这种潜力，必须创建零件设计。但是，由于当今的计算机辅助设计（CAD）工具仍基于低级几何图元，因此复杂几何形状的建模需要许多重复的手动步骤。因此，强调了对自动化设计方法的需求，并将其视为快速创建不同概念，允许迭代设计更改以及以更少的工作量定制零件的关键推动力。拓扑优化作为一种​​计算设计方法存在，但通常需要手动解释和重新设计CAD模型，并且可能不适用于诸如具有多个集成流程的零件设计之类的问题。这项工作提出了一个计算设计综合框架，以使复杂形状的多流喷嘴的设计自动化。该框架为AM用户提供了一个带有设计元素的工具箱，这些元素用作生成最终3D零件几何图形的基础。这些元素以分层体系结构进行组织，并使用面向对象的编程来实现。由于通过视觉界面定义元素的布局，因此非专家可以访问该过程。作为概念证明，该框架可用于成功生成各种使用黏土共挤出进行测试的定制AM喷嘴。最后，本文讨论了该框架的优点和局限性，对产品开发和新颖的增材制造应用的影响以及对其他领域的可移植性。该框架为AM用户提供了一个带有设计元素的工具箱，这些元素用作生成最终3D零件几何图形的基础。这些元素以层次结构进行组织，并使用面向对象的编程来实现。由于通过视觉界面定义元素的布局，因此非专家可以访问该过程。作为概念验证，该框架可用于成功生成各种使用黏土共挤出进行测试的定制AM喷嘴。最后，本文讨论了该框架的优点和局限性，对产品开发和新颖的增材制造应用的影响以及对其他领域的可移植性。该框架为AM用户提供了一个带有设计元素的工具箱，这些元素用作生成最终3D零件几何图形的基础。这些元素以层次结构进行组织，并使用面向对象的编程来实现。由于通过视觉界面定义元素的布局，因此非专家可以访问该过程。作为概念验证，该框架可用于成功生成各种使用黏土共挤出进行测试的定制AM喷嘴。最后，本文讨论了该框架的优点和局限性，对产品开发和新颖的增材制造应用的影响以及对其他领域的可移植性。这些元素以层次结构进行组织，并使用面向对象的编程来实现。由于通过视觉界面定义元素的布局，因此非专家可以访问该过程。作为概念证明，该框架可用于成功生成各种使用黏土共挤出进行测试的定制AM喷嘴。最后，本文讨论了该框架的优点和局限性，对产品开发和新颖的增材制造应用的影响以及对其他领域的可移植性。这些元素以分层体系结构进行组织，并使用面向对象的编程来实现。由于通过视觉界面定义元素的布局，因此非专家可以访问该过程。作为概念验证，该框架可用于成功生成各种使用黏土共挤出进行测试的定制AM喷嘴。最后，本文讨论了框架的优点和局限性，对产品开发和新颖的增材制造应用程序的影响以及对其他领域的可移植性。该框架用于成功生成各种定制的AM喷嘴，这些喷嘴使用粘土共挤出进行了测试。最后，本文讨论了框架的优点和局限性，对产品开发和新颖的增材制造应用程序的影响以及对其他领域的可移植性。该框架用于成功生成各种定制的AM喷嘴，这些喷嘴使用粘土共挤出进行了测试。最后，本文讨论了框架的优点和局限性，对产品开发和新颖的增材制造应用程序的影响以及对其他领域的可移植性。