易加三维助力西门子开发轻量化汽车零部件

来源：易加三维

近些年随着增材制造技术的不断突破，工业制造领域已经越来越多采用3D打印技术进行零部件研制测试。日前，西门子实现对赛车油门踏板进行拓扑优化，由原先的4个零件整合为一个零件；轻量化设计，采用易加三维EP-M260金属3D打印设备，最终成型踏板总重量减少62%，仅重164g。

△轻量化油门踏板

经西门子测试证实，通过轻量化拓扑优化设计并打印出的赛车油门踏板性能得到改进，提升了赛车整体性能；通过数字仿真优化、增材制造技术减少了对环境的影响；节省成本（物料成本、人员成本、仓储成本）。该踏板具体优化性能如下：

• 由原先4个零件合为1个整合体零件
• 消除钣金制造工艺
• 消除焊接过程
• 采用铝材料替代钢材料
• 重量减轻62%
  

△拓扑优化      

设计思路
首先，拓扑优化—将多部件合并到单个模型中。由于将四个零件合并为一个零件，取消了之前用于所有四个部件和焊接程序的钣金制造工艺，因此节省了装配的人工成本，降低了产品复杂性和库存成本。
其次，轻量化设计—由原先的钢材料变为铝材料。在满足零部件力学性能及整车需要的前提下，为其减轻配重。

拓扑优化零件过程

实现过程
为了让客户了解最前沿的产品开发技术，西门子使用其最先进设计工具Solid Edge来生成汽车赛车油门踏板设计模块。为了在Solid Edge中实现此结果：

• 首先在Solid Edge中生成设计模块中设置参数，定义零件在使用过程中需要承受的外力、压力和扭矩。
• 然后，设置所有曲面在特定方向或角度上的固定参数。
• 最后，设置满足使用条件的最小安全系数或者预计要达到的重量要求参数后，该零部件设计将会自动开始生成。
  

△拓扑优化3D打印零部件

由于完全轻量化设计后的汽车油门踏板无法使用传统工艺进行制造加工，最终西门子采用易加三维EP-M260双激光系统，使用铝合金AlSi10Mg进行打印。西门子设计了三种不同类型的优化模型，通过模型的优化迭代，以达到预期目标。这些模型由西门子合作伙伴ISAP优化，作为生成性设计的演示。

这三个模型帮助ISAP很好地展示了轻量化生成性设计的好处。一个模型显示了AM零件的初始阶段，其重量几乎与由金属板制成的初始零件相同。第一次优化迭代在保证仍然具有高安全系数的同时，针对拓扑进行了部分优化，它重373g，重量减轻了约14%。第二次优化迭代是为轻量化而设计的，它的重量仅为164g，与原始组件相比，重量大幅降低了62%！

EP-M260 金属3D打印机
EP-M260 采用MPBF金属粉末床熔化技术，成型室尺寸可达266*266*390mm3，以微米级金属粉末为成型材料，有单激光和双激光两种配置可选，可打印钛合金、铝合 金、镍基高温合金、模具钢、不锈钢、钴铬钼等材料，适于航空航天、军工、模具等领域高精度、高性能零部件的直接制造。