solidThinking Inspire对接增材制造技术， 设计制造全新方程式赛车转向柱底座

    行业：汽车/方程式赛车

    挑战：设计和制造一个全新的方程式 赛车转向柱底座

    Altair 解决方案：使用 solidThinking Inspire 进行设计，使用电子束熔融技术 制造新部件，以节省设计时间， 减少材料成本，提升产品性能。

    优点：基于增材制造方式重新设计了 转向柱底座 ； 将必要部件数量从四个减少为 一个 ； 节省了 35%的重量（从 500g 减少至 330g） ； 新部件提升了 5 倍刚度 ； 减少了 50%的设计时间 ； 使用新的制造流程，浪费的材 料节省了 90%

    背景介绍 

   MICHAEL SÜß 是德国德累斯顿工业大学（Technische Universität  Dresden）的研究员，目前他的博士学位研究专注于增材制造/电子束熔融技术。 除此之外，Michael 还与德国 Fraunhofer 增材制造技术和先进材料研究所 （IFAM）合作密切。Fraunhofer IFAM 是欧洲领先的粘合技术、材料科学和制 造技术领域研究机构之一。

    Michael试图寻找一个案例，应用于他的研究报告。此时他回想起了曾经参 与学生方程式赛车队时的经历。Michael说，“我曾在一个方程式赛车队中工作， 并希望能够帮助到德累斯顿大学的在校车队。我请ELBFLORACE电动方程式 赛车队推荐一个从事该项目的志愿者，以便深入合作。由此，Michael遇到了德 累斯顿工业大学在校学生Lucas Hofman。

    挑战 

    Michael 和 Lucas 一起，开始在汽车上寻找一个最有重新设计必要的部件， 并以增材制造/电子束熔融方式生产。最终，他们选定的部件是方程式赛车的转 向柱底座。Lucas 指出，“当前的转向柱底座有四个不同的区域，彼此之间有着不同的角度。因此，用5 轴铣床制造加工是非常困难。 目前生产这个部件的解决方案是由四个不同的铣削铝部件组成，并以螺栓连接在一起。 我们还发现了 一些其他有必要进行重新设计并可以增材制造技术生产的部件，比如立柱。但 我们最终还是选择了转向柱底座。因为我们觉得通过这个部分的改进，可以做出最为显著的性能提升和重量方案的改进。”

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    “我太喜欢PolyNURBS这个好用的功能了，它能让我们快速获取优化结果和重建零件，并加速进入 制造阶段。在过去，这始终是使用优化技术时遇到的最困难的部分。我们不再需要使用多个逆向工程工具， 现在可以在一个工具，即Inspire中就可以做到。” 

                                                                                 ——MICHAEL SÜß，德国德累斯顿工业大学研究员

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    解决方案

   Michael 和 Lucas 是以不同的方式了解到的 solidThinking Inspire。Michael 是在 Euromold 国际模具展中的研讨 会上首次接触到了 Inspire。而 Lucas 则是在大学生方程式赛车工作坊中了解到的这个工具。他俩立即被工具带来的便利深深吸引。Michael 指出，“我太喜欢 PolyNURBS 这个好用的功能了，它能让我们快速获取优化结果和重建零 件，并加速进入制造阶段。在过去，这始终是使用优化技术时遇到的最困难的部分。我们不再需要使用多个逆向工程 工具，现在可以在一个工具，即 Inspire 中就可以做到。”Michael 和 Lucas 还注意到 Inspire 中还集成了分析工具，让他们能模拟部件在真实世界中所受到的工况。        

                                                                                           原始转向柱组件

               

                                                                      经由 Inspire 进行拓扑优化结果

   由于是使用电子束熔融的方式生产部件，Michael 和 Lucas 在设计部件时就有很大的自由度。 Michael 指出：“电子束熔融与其他制造方法相比具有巨大的优势，我们的设计可以相当自由，因为设计约束非常少。”在掌握了 Inspire 后，Michael 和 Lucas 非常笃定的认为，这是他们执行优化及精炼最终制造模型的最理想工具。Lucas 指出：“Inspire拓扑优化技术允许我们确定部件的理想材料布局，PolyNURBS 工具使我们能够极快地将模型从优化阶段转换到制造 阶段。整个零件提炼过程只需要 5-7 小时，这实在是太快了！”

                                                                      通过 Inspire 中的 PolyNURBS 功能重塑造型

                                                                      全新增材制造部件（后处理之前）

    一旦根据Inspire优化结果重新设计了新的部件，下一步就是将其制造出来了。这个阶段团队与Franhaufer IFAM 合作完成。这个过程使用的是Arcam A2X电子束熔融设备。Michael解释说，“部件的制造时间约为29小时，是用钛合金制造的。电子束熔融技术对于这个过程非常重要，因为不需要像其他增材制造方法一样添加很多支撑结构。在后处理结束之后，该部件重量为330g，比原始部件的500g轻了35％。如果没有Inspire，这样大幅的重量节省是不可能完成的。Inspire的拓扑优化及其PolyNURBS工具令人印象非常深刻，它使我们能够以极快的速度从优化结果过渡到最 终制造部件，我们一定会在未来更多地使用Inspire。”

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