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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時間：2025-08-27

在航空航天、汽車制造等領域，輕量化設計是提升產(chǎn)品性能、降低能耗、增強競爭力的關鍵因素。隨著金屬 3D 打印技術的蓬勃發(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積累與行業(yè)經(jīng)驗，借助拓撲優(yōu)化與點陣結(jié)構(gòu)等工藝手段，幫助用戶實現(xiàn)零部件輕量化減重目標。

拓撲優(yōu)化設計

拓撲優(yōu)化是一種通過數(shù)學手段計算最優(yōu)材料分布的結(jié)構(gòu)設計方法，可實現(xiàn)更高的設計自由度，獲得更大的設計空間。金屬3D打印技術結(jié)合拓撲優(yōu)化，不僅降低零部件加工難度，更能夠在滿足力學性能的同時，最大程度地減少材料使用量，實現(xiàn)減重目標。

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設備所打印的拓撲優(yōu)化典型件，與實體結(jié)構(gòu)設計相比，重量大幅降低，力學性能與結(jié)構(gòu)利用率顯著提升，充分體現(xiàn)了“拓撲優(yōu)化+3D打印”的技術優(yōu)勢。

BCC點陣結(jié)構(gòu)

此外，添加BCC點陣結(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)部進行微結(jié)構(gòu)填充，以實現(xiàn)輕量化設計，在保證使用性能要求的情況下，減重達40%以上。此類工藝及結(jié)構(gòu)通過各項驗證，已形成完整齊備的工藝規(guī)范。

某衛(wèi)星支架（局部）

參與制造的相變儲能裝置，采用立體點陣+薄壁蒙皮結(jié)構(gòu)設計，蒙皮厚度僅0.5mm，點陣結(jié)構(gòu)桿徑0.5mm，加工中易發(fā)生變形，且內(nèi)部為封閉腔體與復雜點陣，傳統(tǒng)制造工藝無法實現(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，生產(chǎn)周期縮短60%。目前，該零件已通過航天工藝鑒定，并進入型號應用。

立體點陣+薄壁蒙皮結(jié)構(gòu)

拓撲優(yōu)化+BCC點陣結(jié)構(gòu)

在實際應用中，常綜合使用拓撲優(yōu)化+BCC點陣填充對零部件進行設計優(yōu)化。在保證關鍵部位結(jié)構(gòu)強度和剛度的前提下，對非關鍵區(qū)域進行材料去除，并利用相對密度較低的點陣結(jié)構(gòu)替代拓撲結(jié)構(gòu)中應力水平較低的實體部分，從而在保持零部件性能的基礎上進一步實現(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+點陣+薄壁蒙皮的復合結(jié)構(gòu)設計。首先通過拓撲優(yōu)化進行幾何重構(gòu)，確定具備承載能力的實體骨架；再基于優(yōu)化形態(tài)，對非承載或低承載區(qū)域大范圍填充BCC點陣，使產(chǎn)品在滿足輕量化要求的同時保持良好的力學性能與整體連接穩(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)強度和性能，減重超40%；采用金屬3D打印技術制造，成品表面質(zhì)量與尺寸精度良好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性符合設計要求。

當前，金屬增材制造技術應用日益深入，設計先行的增材思維引領關鍵零部件研發(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域多年，不斷突破傳統(tǒng)工藝限制，以新工藝、新技術、新設備為用戶提供關鍵支撐與創(chuàng)新動力，助力更多領域用戶突破制造瓶頸，加速發(fā)展變革。

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