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的不斷突破，工業(yè)制造領域已經越來越多采用3D打印技術進行零部件研制測試。日前，西門子實現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；通過數字仿真優(yōu)化、增材制造技術減少了對環(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

實現過程
為了讓客戶了解最前沿的產品開發(fā)技術，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中實現此結果：

• 首先在Solid Edge中生成設計模塊中設置參數，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。
• 最后，設置滿足使用條件的最小安全系數或者預計要達到的重量要求參數后，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，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、模具等領域高精度、高性能零部件的直接制造。