易加三維助力西門子開發(fā)輕量化汽車零部件

來源：易加三維

近些年隨著增材制造技術(shù)的不斷突破，工業(yè)制造領(lǐng)域已經(jīng)越來越多采用3D打印技術(shù)進行零部件研制測試。日前，西門子實現(xiàn)對賽車油門踏板進行拓撲優(yōu)化，由原先的4個零件整合為一個零件；輕量化設計，采用易加三維EP-M260金屬3D打印設備，最終成型踏板總重量減少62%，僅重164g。

△輕量化油門踏板

經(jīng)西門子測試證實，通過輕量化拓撲優(yōu)化設計并打印出的賽車油門踏板性能得到改進，提升了賽車整體性能；通過數(shù)字仿真優(yōu)化、增材制造技術(shù)減少了對環(huán)境的影響；節(jié)省成本（物料成本、人員成本、倉儲成本）。該踏板具體優(yōu)化性能如下：

• 由原先4個零件合為1個整合體零件
• 消除鈑金制造工藝
• 消除焊接過程
• 采用鋁材料替代鋼材料
• 重量減輕62%
  

△拓撲優(yōu)化      

設計思路
首先，拓撲優(yōu)化—將多部件合并到單個模型中。由于將四個零件合并為一個零件，取消了之前用于所有四個部件和焊接程序的鈑金制造工藝，因此節(jié)省了裝配的人工成本，降低了產(chǎn)品復雜性和庫存成本。
其次，輕量化設計—由原先的鋼材料變?yōu)殇X材料。在滿足零部件力學性能及整車需要的前提下，為其減輕配重。

拓撲優(yōu)化零件過程

實現(xiàn)過程
為了讓客戶了解最前沿的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，西門子使用其最先進設計工具Solid Edge來生成汽車賽車油門踏板設計模塊。為了在Solid Edge中實現(xiàn)此結(jié)果：

• 首先在Solid Edge中生成設計模塊中設置參數(shù)，定義零件在使用過程中需要承受的外力、壓力和扭矩。
• 然后，設置所有曲面在特定方向或角度上的固定參數(shù)。
• 最后，設置滿足使用條件的最小安全系數(shù)或者預計要達到的重量要求參數(shù)后，該零部件設計將會自動開始生成。
  

△拓撲優(yōu)化3D打印零部件

由于完全輕量化設計后的汽車油門踏板無法使用傳統(tǒng)工藝進行制造加工，最終西門子采用易加三維EP-M260雙激光系統(tǒng)，使用鋁合金AlSi10Mg進行打印。西門子設計了三種不同類型的優(yōu)化模型，通過模型的優(yōu)化迭代，以達到預期目標。這些模型由西門子合作伙伴ISAP優(yōu)化，作為生成性設計的演示。

這三個模型幫助ISAP很好地展示了輕量化生成性設計的好處。一個模型顯示了AM零件的初始階段，其重量幾乎與由金屬板制成的初始零件相同。第一次優(yōu)化迭代在保證仍然具有高安全系數(shù)的同時，針對拓撲進行了部分優(yōu)化，它重373g，重量減輕了約14%。第二次優(yōu)化迭代是為輕量化而設計的，它的重量僅為164g，與原始組件相比，重量大幅降低了62%！

EP-M260 金屬3D打印機
EP-M260 采用MPBF金屬粉末床熔化技術(shù)，成型室尺寸可達266*266*390mm3，以微米級金屬粉末為成型材料，有單激光和雙激光兩種配置可選，可打印鈦合金、鋁合 金、鎳基高溫合金、模具鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬等材料，適于航空航天、軍工、模具等領(lǐng)域高精度、高性能零部件的直接制造。