鐳明激光以增材思維賦能高性能輕量化零部件制造

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時(shí)間：2025-08-27

在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域，輕量化設(shè)計(jì)是提升產(chǎn)品性能、降低能耗、增強(qiáng)競(jìng)爭力的關(guān)鍵因素。隨著金屬 3D 打印技術(shù)的蓬勃發(fā)展，從增材思維出發(fā)，重新構(gòu)思和優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)，已成為助推產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化、高效能及高可靠性的重要路徑。鐳明激光憑借深厚的技術(shù)積累與行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，借助拓?fù)鋬?yōu)化與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等工藝手段，幫助用戶實(shí)現(xiàn)零部件輕量化減重目標(biāo)。

拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)

拓?fù)鋬?yōu)化是一種通過數(shù)學(xué)手段計(jì)算最優(yōu)材料分布的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)更高的設(shè)計(jì)自由度，獲得更大的設(shè)計(jì)空間。金屬3D打印技術(shù)結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化，不僅降低零部件加工難度，更能夠在滿足力學(xué)性能的同時(shí)，最大程度地減少材料使用量，實(shí)現(xiàn)減重目標(biāo)。

零件尺寸：420mm×90mm×70mm

打印材料：鈦合金（TC4）

該零件為鐳明激光LiM-X400設(shè)備所打印的拓?fù)鋬?yōu)化典型件，與實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，重量大幅降低，力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)利用率顯著提升，充分體現(xiàn)了“拓?fù)鋬?yōu)化+3D打印”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)

此外，添加BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)也是一種常用的輕量化方式。以鐳明激光制造的某衛(wèi)星支架為例，該零件內(nèi)部進(jìn)行微結(jié)構(gòu)填充，以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，在保證使用性能要求的情況下，減重達(dá)40%以上。此類工藝及結(jié)構(gòu)通過各項(xiàng)驗(yàn)證，已形成完整齊備的工藝規(guī)范。

某衛(wèi)星支架（局部）

參與制造的相變儲(chǔ)能裝置，采用立體點(diǎn)陣+薄壁蒙皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，蒙皮厚度僅0.5mm，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)桿徑0.5mm，加工中易發(fā)生變形，且內(nèi)部為封閉腔體與復(fù)雜點(diǎn)陣，傳統(tǒng)制造工藝無法實(shí)現(xiàn)。采用金屬3D打印直接成形，產(chǎn)品尺寸精度高，減重40%的同時(shí)，生產(chǎn)周期縮短60%。目前，該零件已通過航天工藝鑒定，并進(jìn)入型號(hào)應(yīng)用。

立體點(diǎn)陣+薄壁蒙皮結(jié)構(gòu)

拓?fù)鋬?yōu)化+BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)

在實(shí)際應(yīng)用中，常綜合使用拓?fù)鋬?yōu)化+BCC點(diǎn)陣填充對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。在保證關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下，對(duì)非關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行材料去除，并利用相對(duì)密度較低的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)替代拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中應(yīng)力水平較低的實(shí)體部分，從而在保持零部件性能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)減重。

以鐳明激光打印的某高溫尾舵產(chǎn)品為例，該部件采用立體骨架+點(diǎn)陣+薄壁蒙皮的復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先通過拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)行幾何重構(gòu)，確定具備承載能力的實(shí)體骨架；再基于優(yōu)化形態(tài)，對(duì)非承載或低承載區(qū)域大范圍填充BCC點(diǎn)陣，使產(chǎn)品在滿足輕量化要求的同時(shí)保持良好的力學(xué)性能與整體連接穩(wěn)定性。

某高溫尾舵局部

此外，鐳明激光打印的某型號(hào)空氣舵零件為典型的薄壁夾層結(jié)構(gòu)，以“骨架+蒙皮”形式保障結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能，減重超40%；采用金屬3D打印技術(shù)制造，成品表面質(zhì)量與尺寸精度良好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)前，金屬增材制造技術(shù)應(yīng)用日益深入，設(shè)計(jì)先行的增材思維引領(lǐng)關(guān)鍵零部件研發(fā)制造已成為各行業(yè)發(fā)展的主流方向。鐳明激光深耕金屬增材制造領(lǐng)域多年，不斷突破傳統(tǒng)工藝限制，以新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備為用戶提供關(guān)鍵支撐與創(chuàng)新動(dòng)力，助力更多領(lǐng)域用戶突破制造瓶頸，加速發(fā)展變革。

粉末循環(huán)方案助力用戶實(shí)現(xiàn)粉末高效流轉(zhuǎn)

金屬3d打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

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