借助solidThinking Inspire获得既满足性能目标又达到减重之效的设计概念_Altair文档

项目介绍

Renishaw是全球范围内工程技术领域的知名领导者，长期致力于产品开发和制造领域的创新。自1973年成立以来，公司已成功推出众多尖端产品，帮助用户有效提升流程效率、改善产品质量并实施具有成本效益的自动化解决方案。

Renishaw的激光熔融技术是一项新兴的制造技术，主要应用于医疗、航空航天以及高科技工程和电子产业。激光熔融是一种数字化增材制造技术，利用聚焦的激光能量将金属粉末熔化，从而形成多个3D对象。

Renishaw是一家跨国公司，掌握测量、运动控制、光谱和精密加工等领域的核心技术。公司开发的创新型产品可以显著提高客户的经营业绩，具体表现为提高制造效率、改善产品质量、最大限度地提高研发能力以及有效提升医疗程序的效能等。

挑战

Chris Williams来自Empire Cycles，多年来他一直在使用增材制造组件进行生产，但至于效果如何，他希望有机会通过一款完整的自行车产品来验证一番。为此，他与Renishaw取得联系并说明了具体情况。Renishaw团队认为，自行车上最适合进行增材制造和减重测试的莫过于一个简单的标准部件，比如座杆，因为这是大家都很熟悉的一个实体，验证和测试起来也足够简单。

为能够设计出耗材少、重量轻的座杆组件，Renishaw采用solidThinking Inspire来生成设计概念。借助Inspire，早在设计的概念开发阶段，Renishaw就快速轻松地生成了理想的部件形状。

解决方案

像Inspire这样一款工具可以与增材制造技术紧密协作，所生成的组件设计可为制造过程提供一定的自由度，从而最大程度地实现应有的优势。采用这种方式将可以得到更坚固、更轻盈的组件，而这往往是传统制造技术难以企及的。

项目团队将原始CAD数据导入Inspire，并随后构建了固定螺栓和座杆的模型。通过建模，固定螺栓可以固定不动，座杆末端则可以承受一定的作用力。他们还对部件做了简化处理，旨在将设计空间最大化，从而使Inspire可以最大程度地发挥设计自由度。接下来，项目团队使用Inspire生成了理想的部件形状。然后，他们采用更小的设计空间进行二次迭代，进一步完善了部件形状。

由Inspire生成的全新材料布局

借助Inspire所生成的全新材料布局，他们得到了一个既可满足性能目标又可达到减重之效的设计概念。之后，Chris利用这个模型并结合自身的设计专业知识，围绕这一概念生成了适合增材制造的几何形状。

结论

减重是这一项目的最终目标，而最终得到的部件要同时实现强度的最大化和重量的最小化。Chris表示：“我们将座杆支架的重量从360克减少到200克。”由于仅在这一个组件上就实现了大幅减重，所以Renishaw和Empire立即决定扩大项目范围。

“我们考虑过使用挤压或液压成形的铝管，甚至是碳纤维管来制造车架，同时加入少量的钛，与此同时，我们也开始寻找其他办法。”据Chris解释，采用标准车架材料确实会限制设计的自由度。“如果车架以铝制材料为主，它在总重量中要占2100g，所以我们知道我们可以帮忙来制作同样坚固，但重量要轻得多的组件。基于这样一个出发点，我们共同想出了这样一个办法，就是利用增材制造来设计所有主要的车架组件。”

在强度方面，项目团队按照英国国家标准对经Inspire处理的座杆支架进行了测试，其中包括以不超过25赫兹的频率施加和释放1,200牛顿的力，循环往复50,000次。

“我们在想，何不利用破坏试验来测试它的坚固程度呢？就目前看，在经过300,000次的应力测试后，计算得出的强度已经超过标准强度的6倍。这仅仅是常规应力测试之后的结果；我们还计划进行热等静压 (HIP) 等深度热处理，这样可以进一步提高它的强度特性。

solidThinking和增材制造技术的集成将带来显而易见的诸多优势。Inspire可以提供创建载荷驱动型结构的最佳方法，并使相关行业能够充分挖掘采用增材制造结构实现大幅减重设计的潜力。

（内容、图片来源：Altair官方文件）

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