有效提高組件的效率
怎樣才可使相同的重量多倍提高組件的效率?通過模擬和3維打印的組合可以明顯縮短優(yōu)化流程。復雜的和高成本的材料測試可以通過模擬代替,樣本可以快速并節(jié)省成本的借助創(chuàng)新的3維打印技術(shù)制造。
輪架因為要承受負載,所以很容易變形,此點會影響整個底盤的穩(wěn)定性。因此,該部件的穩(wěn)固性非常重要。此挑戰(zhàn)為優(yōu)化輪架,以便輪架在同樣的負載下更穩(wěn)固。以下我們將講解如何將輪架通過模擬和3維打印有效的優(yōu)化。為打造組件所需的精細模具由voxeljet的3維打印制造。借助3維打印的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和幾乎無限的模具塑型自由度可以達到更完美的功效特點。
拓撲優(yōu)化
首先,由一個策劃設(shè)計和優(yōu)化工具確定制造空間。然后,在模型上模擬最重要的載荷情況,例如極速剎車、極端過彎和過路障礙。在確認可行的優(yōu)化后,工程師將獲得一個組件,該組件使用同樣的材料(鋁鑄件),擁有一個全新的設(shè)計。此新設(shè)計的材料分布可以使組件的穩(wěn)固性加強3至5倍(根據(jù)負載量)。當然,組件也可在更穩(wěn)固的情況下明顯的減輕重量。
壽命分析
組件的損耗是通過負載過程而造成的,而不是通過最高負載量。因此,我們測試了35小時的各種馬路情況的負載周期。此外,我們測試了各種角度對輪架的壓力。結(jié)合材料的特性,損耗的特點被預測。
VOXELJET的3維打印過程
之后,為模具的3維打印而被優(yōu)化的輪架被傳遞于voxeljet。voxeljet根據(jù)CAD數(shù)據(jù)生產(chǎn)塑料模型,為此使用了熔模鑄造。模型是由顆粒材料一層一層由粘合劑選擇性粘結(jié)而形成的,使用的塑料材料是PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。使用此有機材料可降低殘余灰燼含量。模型不會擴張,因此具備理想的燃燒性質(zhì)。此外,被打印的組件可以象傳統(tǒng)生產(chǎn)的部件一樣被使用。除了節(jié)省時間和成本以外,借助3維打印技術(shù)也可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法達到的復雜幾何。
此上述的輪架的優(yōu)化是Altair, Click2Cast, HBM nCode和voxeljet共同合作的結(jié)果。之所以可以完全施展組件打造的自由,多虧了3維打印和模擬的設(shè)計。各種軟件被用于模擬的設(shè)計,基于Altairs OptiStructIns優(yōu)化解決方案的Ispire軟件用于拓撲優(yōu)化。部件的損耗可用Ncode Designlife軟件模擬化,并用Click2Cast軟件做澆鑄模擬。
3維打印優(yōu)勢概括
- 節(jié)省時間:交貨周期短
- 節(jié)約成本:不需工具的打造
- 尺寸:組件可達1000×600×500毫米
- 數(shù)量、形狀和設(shè)計變量的高靈活性
- 任何復雜的幾何形狀
- 100%打印的殘余的顆粒材料可回收利用
- 不需存儲成本
- 不需支撐結(jié)構(gòu)
- 幾乎沒有殘留灰分
- 通常燃燒期間無擴張
- 適用于所有普通合金
進一步的案例研究
航空領(lǐng)域的拓撲優(yōu)化
維捷為法國航空供應商Sogeclair提供了快速、經(jīng)濟、靈活的精密鑄造
超級高鐵項目采用3D打印的熔模鑄造模型
3D打印機制造商voxeljet支持Hyperloop項目,提供3D打印PMMA鑄造模具,用于鋁件的熔模鑄造