引言：利勃海爾使用3D打印技術(shù)制作的發(fā)動機托架時，通過3D建模優(yōu)化了原本的設(shè)計，在減輕超過 50% 重量的同時還降低了生產(chǎn)成本。與之前的生產(chǎn)工藝相比，3D打印技術(shù)使生產(chǎn)更靈活，更高效。

隨著科技的發(fā)展，如今很多行業(yè)的發(fā)展也逐漸數(shù)字化。尤其是傳統(tǒng)的制造行業(yè)，一直在探尋提高生產(chǎn)力，降低成本的新工藝。

利勃海爾是世界上最大的工程機械制造商之一，具有多元化的產(chǎn)品線。正如眾多大型制造企業(yè)一樣，隨著科技的發(fā)展，利勃海爾在制造工藝方面，也在逐步探索更創(chuàng)新的技術(shù)。目前，利勃海爾零部件部門開始進一步轉(zhuǎn)型，并計劃推動利勃海爾集團其它生產(chǎn)部門采用增材制造技術(shù)。

為什么要采用增材制造技術(shù)？

由于3D打印技術(shù)的成熟發(fā)展，加之其可實現(xiàn)個性化定制的優(yōu)勢，使得此項技術(shù)越來越受到不同領(lǐng)域的關(guān)注，包括一些想要轉(zhuǎn)型的傳統(tǒng)大型制造企業(yè)。利勃海爾零部件部門嘗試著使用3D打印技術(shù)制作一個用于固定驅(qū)動該公司重型機械和發(fā)電設(shè)備發(fā)動機的托架，這次成功的嘗試，讓他們找到了一條部門向3D打印成功轉(zhuǎn)型之路。

打印的托架（紅色部分）對護柵（黃色部分）起到支撐作用（圖片來源：利勃海爾零部件部門）

從數(shù)字建模到不銹鋼部件成品

在經(jīng)歷了數(shù)字建模、模型設(shè)計優(yōu)化、成品制作、成品驗證等步驟后，利勃海爾的第一個使用3D打印制作的發(fā)動機托架成功誕生，這件在優(yōu)化后減輕超過 50% 重量，具有高精度，高性能的成品見證了利勃海爾向增材制造技術(shù)的成功轉(zhuǎn)型。

使用Raise3D MetalFuse復刻制作的發(fā)動機托架

數(shù)字建模與模型優(yōu)化

由于這個發(fā)動機托架原本的設(shè)計是建立在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式基礎(chǔ)之上，因此，受限于一些生產(chǎn)方式的局限性，設(shè)計會相對繁復。而如果利用自由度大幅度提升的3D打印技術(shù)，工程師可以通過數(shù)字化拓撲優(yōu)化，將原本的零件設(shè)計進一步調(diào)整改進，充分利用增材制造技術(shù)的優(yōu)勢實現(xiàn)零部件結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。

第一步：拓撲優(yōu)化—黃色箭頭表示作用于零部件的機械應力（圖片來源：Forward AM）

工程師基于實際運行中產(chǎn)生的機械應力，通過數(shù)字模擬技術(shù)，去掉了沒有顯著的機械或熱力應用部分的材料。拓撲優(yōu)化最終得出全新的零部件結(jié)構(gòu)，極大減輕了重量。然后，工程師采用了只有3D 打印才能實現(xiàn)的設(shè)計方式：將點陣結(jié)構(gòu)作為零部件的填充部分，從而再次大幅減輕零部件結(jié)構(gòu)的重量而絲毫不會降低其功能性和穩(wěn)定性。

應用結(jié)構(gòu)仿真確保零部件能承受住最終應用時的工作負荷（圖片來源：Forward AM）

由于只在必要處使用材料且整合了點陣填充結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計后的托架總重量從 343 克減少至 167 克，減輕了超過 50% 的重量。重量的減輕意味著單個零部件生產(chǎn)成本下降，使用的材料更少，從而縮短了生產(chǎn)過程中的打印時間。

經(jīng)拓撲優(yōu)化的金屬 3D 打印設(shè)計（圖片來源：Forward AM）

成品制作與驗證

在模型和材料確定后，就可以開始進行成品的打印與制作。對于需要擁有高精度，確保運作性能的金屬機械零件來說，一套高性能的3D金屬打印解決方案在成品制作過程中顯得尤為重要。高精度，運行穩(wěn)定的打印設(shè)備能保障成品的精準度，確保零件的性能表現(xiàn)。先進的脫脂工藝，能縮短成型時間，提高致密度與屈服強度。除此之外，較大的打印腔體不僅可以實現(xiàn)大型零件的一次性打印，還可以實現(xiàn)小型零件的批量生產(chǎn)。

成功打印零部件后，工程師對零部件進行3D掃描，將該零部件的尺寸與建模時生成的模擬數(shù)據(jù)進行比較。分析尺寸一致性，比較零部件的表面并檢查具體尺寸后，即可證實利勃海爾零部件部門最終生產(chǎn)出的零部件具有高精度、高性能特點。 

使用增材制造技術(shù)后的利勃海爾零部件部門降低了托架的生產(chǎn)成本、時間成本、極大的降低了托架重量，與此同時，還保證了托架承載能力的一致性。在建立起“增材制造思維”后，利勃海爾零部件部門已使用3D打印機在內(nèi)部進行打印，并計劃在該公司全球各個生產(chǎn)部門推廣增材制造。

*案例來源：巴斯夫3D打印Forward AM

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