近些年隨著(zhù)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(lái)越多采用3D打印技術(shù)進(jìn)行零部件研制測試。日前，西門(mén)子實(shí)現對賽車(chē)油門(mén)踏板進(jìn)行拓撲優(yōu)化，由原先的4個(gè)零件整合為一個(gè)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(mén)踏板

經(jīng)西門(mén)子測試證實(shí)，通過(guò)輕量化拓撲優(yōu)化設計并打印出的賽車(chē)油門(mén)踏板性能得到改進(jìn)，提升了賽車(chē)整體性能；通過(guò)數字仿真優(yōu)化、增材制造技術(shù)減少了對環(huán)境的影響；節省成本（物料成本、人員成本、倉儲成本）。

該踏板具體優(yōu)化性能如下：

1、由原先的4零件整合為1個(gè)整體零件

2、消除鈑金制造工藝

3、消除焊接過(guò)程

4、采用鋁材料替代鋼材料

5、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(gè)模型中。由于將四個(gè)零件合并為一個(gè)零件，取消了之前用于所有四個(gè)部件和焊接程序的鈑金制造工藝，因此節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(mǎn)足零部件力學(xué)性能及整車(chē)需要的前提下，為其減輕配重。欲了解更多信息，請查看結尾處視頻（min.9:25）。

拓撲優(yōu)化零件過(guò)程

實(shí)現過(guò)程

為了讓客戶(hù)了解最前沿的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)，西門(mén)子使用其最先進(jìn)設計工具Solid Edge來(lái)生成汽車(chē)賽車(chē)油門(mén)踏板設計模塊。為了在Solid Edge中實(shí)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(guò)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(mǎn)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(huì )自動(dòng)開(kāi)始生成。使用Solid Edge進(jìn)行生成性設計的整個(gè)過(guò)程可在結尾處視頻（min. 11:40）中查看。

拓撲優(yōu)化3D打印零部件

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

這三個(gè)模型幫助ISAP很好地展示了輕量化生成性設計的好處。一個(gè)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(shí)，針對拓撲進(jìn)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?jì)H為164g，與原始組件相比，重量大幅降低了62%！