看3D打印如何助力拓撲優化的柴油發動機支架？
圖片來源：am
在內燃機中，發動機支架是負責連接動力總成系統的一個重要部件，不僅連接發動機，還連接變速器和附件，并將動力總成連接到車輛底盤上。
所以在優化柴油機支架的過程中，你還需要考慮到如何與相關的部件連接的問題。基于此，項目團隊還需要理解SLM技術的長處和限制，在設計階段充分考慮后處理的要求，還需要考慮制造時間和預算的要求。
拓撲優化過程，圖片來源：am
首先是獲得發動機支架的載荷要求，發動機支架的機械性能與負荷軸承密切相關。為了正確地確定所涉及的負載優化問題，項目小組對整車中的該部件進行了測試，在特殊的軌道運行情況下，發動機系統開始進行了加度運轉，根據分布在整個動力總成系統的加速度計監測結果，項目小組獲得了相關的負載值。并且還額外考慮到功耗與發動機轉速的曲線，車輛占空比，在其他環境下面的輪轂負載情況等多種因素。
設計過程需要考慮與滑輪的配合，圖片來源：am
這些數據被輸入氣缸體的有限元模型中，從而形成數學優化的迭代計算過程。小編了解到本案例中拓撲優化技術讓設計師直接專注于要實現的機械性能：給定載荷、邊界條件和設計量，求解器可以找到最有效的結構數量和材料分布。
滑輪配合緊密，圖片來源：am
增材制造的極大優勢是不僅可以將功能集成到組件的設計里面去，而且還可以優化的重量與性能比。當然要達到最佳的重量與性能比，拓撲優化是一個強大的工具。換句話說就是通過拓撲優化你可以恰如所需地在所需的位置上放置材料。當然拓撲優化往往會增加組件的幾何復雜度，而通過傳統制造工藝會面臨更高的加工成本的問題，甚至是無法通過傳統制造工藝加工出來。而加工成本對產品設計的復雜性不敏感，這正好是增材制造貼合拓撲優化設計的地方。
當然要達到最佳的設計優化結果是個“瞻前顧后”的結果，所有的組件設計都需要適合于增材制造的需求。不僅僅需要做一個充分的設計分析，你需要了解如何獲得最佳經濟效益，并通過簡化裝配過程或避免機加工過程中昂貴的非標刀具投資，來降低了制造成本。
有限元網格，圖片來源：am
拓撲優化的柴油發動機支撐件的加工是富有挑戰的，相比傳統的機加工減材制造方法，項目組發現SLM選擇性激光融化3D打印技術的優勢體現在四個方面。包括:
- 形狀復雜度 小批量的生產中SLM更具備經濟優勢，尤其是當涉及到定制化和優化的幾何槽形結構的時候。
-高分辨率 通過精細的激光束，逐點逐層融化金屬粉末獲得精細的內部構造。
- 層次復雜度 在具有足夠分辨率的金屬3D打印設備上，精細的功能制造意味著復雜的分層多尺度結構。
- 功能復雜度 幾何的靈活性使得將原來需要幾個零件組裝而成的部件變為一個。
總結下來本案例的挑戰體現在增材制造過程的“瞻前顧后”：所謂“瞻前”是指需要對實際的車輛運行過程做各種測試，收集該零件所需要達到的機械性能，還需要考慮到與其他傳統工藝制造出來的零件的接合程度。所謂“顧后”是指需要考慮后期后處理的加工需求，在設計初期就將余量預留出來，不僅如此，并且還需要考慮需要后處理的部位是否適合后處理的傳統加工工藝來完成。
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