激光增材制造专家Stéphanie Giet将为我们介绍柴油发动机支架的设计案例。面向增材制造的重新设计，在减轻重量、优化性能和降低生产成本方面发挥了重要作用。

近日，一群来自康明斯巴西公司、巴西圣保罗大学理工学院、加拿大奥什瓦安大略大学理工学院的工程师对增材制造的设计自由度进行了探索，用以提升柴油发动机的结构性能。针对这些拥有多个特定性能的部件，在概念论证中涉及到了一种新的设计方法，结果表明，该团队成功地做到了重量最小化，并且优化了性能、降低了制造成本。

柴油发动机支撑架的优化模型。全新的结构形态，在减轻重量、减少材料使用的基础上，能够针对分析得出的负载量给出相应的支撑。

增材制造和拓扑优化：天然的结合

增材制造几乎可以成形任意形状的部件，面向增材制造的设计过程中，让设计师可以专注于部件内部功能的组合，例如优化重量与性能比。增材制造可能是与拓扑优化最天然匹配的一种制造方法，它可以选择性地将根据零件功能来进行材料分布。在传统制造中，几何形状越复杂，成本就越高，但在增材制造中，形状的复杂性几乎不用考虑，优化可以减少材料使用、减少重量和成本。

对可设计部分进行的重新设计流程方案。增材制造在复杂形状制造上的天然优势，很容易将拓补优化方案纳入流程中。

当然也不是所有的机械系统的部件都适于增材制造，因此，通过设计分析来确定增材制造可以带来最大的效益是很有必要的。

如何做一个面向增材制造的成功设计?

“成功”意味着，这种设计/重新设计应该带来科技和经济效益，比如：

(A)降低制造成本——也许是通过简化装配或者减少一些大的投入，像部分特定的工具;(B)增加生产运作效益，通过降低成产成本、提高性能或者提供一些独特的性能。

在汽车工业中，对低成本、可靠、耐用、轻质零部件的需求正推动着工程师和研发人员重新评估部件设计，柴油发动机支架——一个传统机械加工出的金属结构，是用来验证重新设计的不错的选择。

如何进行设计分析?如何选择合适的增材制造技术?

在重新设计之前越早确定要选择的增材制造技术越好，因为这涉及到最初的设计规则。

在金属增材制造中，选择性激光融化(SLM)属于粉床熔化的分类，被称为直接金属激光融化，该技术以其基本机制命名。该过程依赖于用一个细微的激光束在粉末床上连续的层中进行扫描，选择性地熔化复杂轨道，最终的部件来源于融化粉末的凝固。高精度的优势是SLM往往被用于精细、复杂部件成形的原因，所以柴油机支架的制造也选择了这种技术。

相对于传统的减材制造，SLM的优势体现在以下四个方面：

形状的复杂性：SLM可以制造任意的实体形状，可以实现经济的小批量制造，轻松定制和优化几何形状;

高精度：材料是用一个精细的激光束，逐点、逐层处理;

层次的复杂性：拥有足够精度的机器，意味着可以一次性完成复杂、多层次的多尺度结构设计和制造，精度从0.1至10mm不等;

功能的复杂性，几何形状的灵活性：可以将多种功能集成到一个部件上来，以往则需要制造多个部件。