“與3D打印相比，鑄造業(yè)算得上是一個“古老”的行業(yè)，然而，當(dāng)3D打印與仿真軟件結(jié)合，卻將這一行業(yè)帶來了新生。本期，我們通過分享鑄造行業(yè)車輪鋁合金輪架的建模與3D打印案例，來共同領(lǐng)略軟件與3D打印是如何將創(chuàng)新靈感注入鑄造業(yè)…”

　　Altair的solidThinking Inspire, Click2Cast與HBM nCode、Voxeljet合作，為模具生產(chǎn)帶來了極其可觀的性能提升，并為小批量生產(chǎn)甚至是規(guī)?；a(chǎn)打開了潛力之門。通過將設(shè)計仿真優(yōu)化、疲勞分析、鑄造仿真和3D打印技術(shù)結(jié)合來滿足輕量化設(shè)計的挑戰(zhàn)，使得提高效率與性能的創(chuàng)新設(shè)計成為可能。

　　為了充分挖掘3D打印技術(shù)的潛能，本案例通過一個鋁合金組件（輪架）造型的重構(gòu)過程，解析仿真優(yōu)化技術(shù)在其中的重要作用。結(jié)果令人欣喜：新設(shè)計在質(zhì)量幾乎與原來相同的情況下，產(chǎn)品性能（剛度）大幅提升，并擁有可制造性和更好的耐久性。

　　要知道車輪的承載組件在外力作用下會有偏移和變形的現(xiàn)象，直接影響整個車輛懸掛系統(tǒng)的性能，因此剛度的提升異常關(guān)鍵。另外，在原來的設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計常常需要向制造工藝妥協(xié)，而現(xiàn)在設(shè)計人員可以將性能作為首要考慮的目標(biāo)，即使設(shè)計結(jié)果非常復(fù)雜，也可以輕松使用3D打印技術(shù)實現(xiàn)。

　　Altair Inspire的拓撲學(xué)優(yōu)化

　　Inspire基于Altair的OptiStruct優(yōu)化求解器，應(yīng)用于概念階段，以仿真驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計初始，設(shè)計人員可對模型施加最為嚴苛的工況，例如硬制動、最大轉(zhuǎn)彎、駕車顛簸等。運行優(yōu)化過程中，還可以考慮制造約束的影響。運行優(yōu)化后，將結(jié)果與原始設(shè)計相比，重量幾乎一樣，但其性能卻有顯著提升：在同樣的載荷工況下，剛度提升了3-5倍。

　　nCode Designlife的疲勞分析

　　不僅僅是最大負載，零件的整個運行周期的抗疲勞破壞也是零件性能的關(guān)鍵考量因素。通過nCode Designlife耐久性和認證分析的疲勞壽命預(yù)測，模擬了5種不同的路況的35個小時連續(xù)運轉(zhuǎn)環(huán)境，包括通過Altair的OptiStruct計算的零件不同位置所承受的壓力數(shù)據(jù)以及材料數(shù)據(jù)庫的材料性能數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)結(jié)合在一起用來預(yù)測抗疲勞強度。

　　Click2Cast的鑄造仿真

　　Click2Cast為Altair的鑄造工藝仿真軟件，這個軟件在設(shè)計的開始和最后都需要使用，通過軟件來增強和優(yōu)化部件的結(jié)構(gòu)，以避免典型的鑄造缺陷，如空氣滯留、孔隙度等。在設(shè)計的最后，通過Click2Cast來仿真整個模具注入過程以及凝固過程，幫助實現(xiàn)最高效的制造方法和減少能源、時間和材料的浪費。

　　Voxeljet的3D打印過程

　　經(jīng)過優(yōu)化、疲勞分析和鑄造仿真過程，最后模型發(fā)送到Voxeljet的設(shè)備終端，通過CAD數(shù)據(jù)，Voxeljet將PMMA材料的塑料模型打印出來。這種有機材料模具的燃燒灰燼很少，并且變形量幾乎為零，這很適合熔模鑄造法，并帶來了優(yōu)異的尺寸公差精度和高質(zhì)量的表面精度，而且通過3D打印過程制造的模具避免了前期昂貴的開模的需求。當(dāng)然，3D科學(xué)谷需要提醒的是，Voxeljet的設(shè)備可以打印PMMA材料也可以打印用于金屬鑄造的砂型模具，熔模鑄造是其中的一種途徑。

　　通過以上案例可以看出，優(yōu)化及仿真技術(shù)能夠更好的實現(xiàn)輕量化設(shè)計，并極大地激發(fā)3D打印技術(shù)的潛力。