3D打印如何助力拓扑优化的柴油发动机支架?
宣布时间:
2023-01-11 12:47
康明斯巴西、巴西大学理工学院以及加拿大的安大概技术学院最近联合开发了通过3D打印制造的柴油发动机支架,不但提高了柴油机支架的性能,还为电扇驱动皮带轮提供了锚点。这个零件设计的突出优点是重量最小化、性能革新并降低制造本钱。
这个项目以“拓扑优化的柴油发动机支撑件增材制造技术”为题目的论文宣布,论文中体现了3D打印在重新界说零件设计方面的潜力。本期,3D科学谷与谷友一起来了解下有关这个支架的大学问。

图片来源:am
在内燃机中,发动机支架是卖力连接动力总成系统的一个重要部件,不但连接发动机,还连接变速器和附件,并将动力总成连接到车辆底盘上。
所以在优化柴油机支架的历程中,你还需要考虑到如何与相关的部件连接的问题�;诖�,项目团队还需要理解SLM技术的优点和限制,在设计阶段充分考虑后处理的要求,还需要考虑制造时间和预算的要求。

拓扑优化历程,图片来源:am
首先是获得发动机支架的载荷要求,发动机支架的机械性能与负荷轴承密切相关。为了正确地确定所涉及的负载优化问题,项目小组对整车中的该部件进行了测试,在特殊的轨道运行情况下,发动机系统开始进行了加度运转,凭据漫衍在整个动力总成系统的加速度计监测结果,项目小组获得了相关的负载值。并且还特别考虑到功耗与发动机转速的曲线,车辆占空比,在其他情况下面的轮毂负载情况等多种因素。

设计历程需要考虑与滑轮的配合,图片来源:am
这些数据被输入气缸体的有限元模型中,从而形成数学优化的迭代盘算历程。3D科学谷了解到本案例中拓扑优化技术让设计师直接专注于要实现的机械性能:给定载荷、界限条件和设计量,求解器可以找到理想的结构数量和质料漫衍。

滑轮配合紧密,图片来源:am
增材制造的极大优势是不但可以将功效集成到组件的设计里面去,并且还可以优化的重量与性能比。虽然要抵达理想的重量与性能比,拓扑优化是一个强大的工具�;痪浠八稻褪峭ü仄擞呕憧梢郧∪缢璧卦谒璧奈恢蒙习才胖柿�。虽然拓扑优化往往会增加组件的几何庞漂后,而通过古板制造工艺碰面临更高的加工本钱的问题,甚至是无法通过古板制造工艺加工出来。而加工本钱对产品设计的庞大性不敏感,这正好是增材制造贴合拓扑优化设计的地方。
虽然要抵达理想的设计优化结果是个“瞻前顾后”的结果,所有的组件设计都需要适合于增材制造的需求。不但仅需要做一个充分的设计剖析,你需要了解如何获得最佳经济效益,并通过简化妆配历程或制止机加工历程中腾贵的非标刀具投资,来降低了制造本钱。

有限元网格,图片来源:am
拓扑优化的柴油发动机支撑件的加工是富有挑战的,相比古板的机加工减材制造要领,项目组发明SLM选择性激光融化3D打印技术的优势体现在四个方面。包括:
- 形状庞漂后 小批量的生产中SLM更具备经济优势,尤其是当涉及到定制化和优化的几何槽形结构的时候。
-高区分率 通过精细的激光束,逐点逐层融化金属粉末获得精细的内部结构。
- 条理庞漂后 在具有足够区分率的金属3D打印设备上,精细的功效制造意味着庞大的分层多标准结构。
- 功效庞漂后 几何的灵活性使得将原来需要几个零件组装而成的部件变为一个。
3D科学谷总结下来本案例的挑战体现在增材制造历程的“瞻前顾后”:所谓“瞻前”是指需要对实际的车辆运行历程做种种测试,收集该零件所需要抵达的机械性能,还需要考虑到与其他古板工艺制造出来的零件的接合水平。所谓“顾后”是指需要考虑后期后处理的加工需求,在设计初期就将余量预留出来,不但如此,并且还需要考虑需要后处理的部位是否适合后处理的古板加工工艺来完成。(来源:3D科学谷)
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