上期优化讲坛,我们展示了哈默公司的一则视频,用五轴数控机床制造埃菲尔铁塔模型,其结构复杂性和制造难度,已经可以与3D打印技术一较高下。
这不禁让广大读者发出“既生瑜、何生亮”的感叹,3D打印真的还能继续“真香”吗?
答案是肯定的。
3D打印技术具有无与伦比的优势,比如减少材料浪费、缩短加工时间、提高产品性能、减轻零件重量、增加使用寿命、减少装配工序等等。正如唐伯虎所说,美女都是对比出来的。本期优化讲坛,我们将通过3张对比图,一目了然地为您展示增材制造(尤其是优化设计)的技术优势。
有研究者用4个不同的优化设计软件,为一款铰链支架提供了4个不同的优化设计方案,并将每个设计方案都3D打印出来,进行了机械性能测试。
通过增材制造优化设计,铰链支架的五款设计方案力学性能都满足了预期,而且都展示了较大的减重效果,最大减重高达65%。
即使在设计方案上不做太大的优化,光是节约材料这一项,增材制造也体现了较大的优势。
这两款支架结构几乎相同,重量都是0.77Kg。
但是传统的机加工需要4.85Kg毛坯,通过CNC削切掉4.08Kg的废料,材料利用率16%。
增材制造技术只需1.08Kg粉末原料,为装配面机加工保留一定的余量,稍作机加确保装配精度,只产生了0.31Kg的余料,材料利用率71%。
液压适配器通过内部通道控制液压油在液压系统中的分配,使笨重的机械设备(如起重机和挖掘机)能挥洒自如。
传统的制造方式先从块状材料的上方和下方垂直钻孔,然后通过水平通道连接,并塞住多余的开孔口。无论是在成本还是功能方面,机械加工都效率极低。一方面,钻孔和铣削会产生毛刺,导致运行过程中诱发系统故障;另一方面,液压油中的沉积物会积聚在未使用的水平通道中,缩短液压系统的使用寿命。
增材制造优化设计的液压适配器去除了大量多余的材料,完全省略了未使用的水平通道,因此减少了液压油中的沉积物积聚的可能性。平滑的通道取代了原来90°变向的通道,大大减少了系统中的湍流。
新的设计方案重量减轻了80%,从30千克降低到5.5千克,没有牺牲任何功能,使用寿命却大大提高,展示了增材制造技术巨大的技术优势。