3D列印成功案例
大型金屬3D列印 - 實現增材製造的潛力 - Altair Inspire確保可列印性和更好的設計。
客戶故事
2011年，南非航空製造解決方案供應商Aerosud和南非科學與工業研究理事會（CSIR）合作啟動了具有挑戰性的3D列印專案Aeroswift。Aeroswift專案以擁有比以往更大的建造量的新一代金屬增材製造（AM）系統為特徵，以釋放不斷增長的AM行業所提供的潛力，提高市場競爭力，並為南非提供獨特的服務。金屬AM的競爭優勢。
使用Aeroswift系統，可以列印比以往更大的零件，並且其列印速度是任何其他商用激光熔化機的10倍，從而可以採用全新的增材製造方式。為了展示列印機的製造範圍和功能以及超大型航空零件的製造量，Aeroswift與Altair合作開發了一種設計大型增材製造產品的方法。設計了無人飛行器（UAV）框架作為演示，隨後將其印刷在Aeroswift上。為了在滿足所有組件要求的同時提高可製造性，專案工程師在設計過程中使用了Altair Inspire™及其拓撲優化功能。
更大的想法，更大的列印– Aeroswift系統能夠增加零件尺寸和復雜性
Aeroswift列印機能夠用多種金屬（包括鈦合金）構建大型3D列印金屬飛機零件。這種材料具有高性能和低重量的優點，因此在工業上得到了廣泛的應用。UAV機架的設計委託鈦合金製造，以展示用於大型系統（如Aeroswift列印機）上粉床熔融過程的航空航天技術。
第一步，專案團隊確定了無人機和機體的要求。Aeroswift的工程師不僅希望印刷有史以來最大的金屬框架，還希望展示如何減少製造時間並減少每個組件的零件數量。通過減少浪費，他們還將實現更好的“buy-to-fly”比率。
設計過程包括無人機飛行需求規格，電子零件和動力傳動系統選擇，採用拓撲優化技術的機械設計，美學上的改進和可製造性的改進。
滿足所有要求–更大，更好，更快地生產
工程師在設計中需要考慮很多苛刻的製造要求。除了框架設計規範（例如列印機的體積和無人機所需的對稱電動機放置）外，團隊還必須在設計過程中包括美觀方面。他們必須以至少2：5：1的推力重量比實現最少15分鐘的飛行時間，同時還必須使框架剛度最大化。還必須使用鈦合金Ti6Al4V的粉床熔融AM工藝來列印最終設計。
Altair Inspire確保可列印性和更好的設計
Aeroswift專案工程師需要了解如何在預定的設計空間中最佳地分配材料。由於特殊的結構和重量要求，以及使用傳統方法無法製造自由形式的設計這一事實，團隊決定使用Altair Inspire應用拓撲優化來優化框架，以便可以增材製造。團隊合作開發了一個多步驟的過程，以在合理的時間內生成最佳設計。
“我們對結果感到非常滿意–使用Altair Inspire，我們可以建立一個流程來幫助我們實現拓撲優化的無人機機架，該機架顯示出比基準更好的結果。沒有Altair及其工具，我們將無法利用航空業增材製造的全部潛力。”
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Aeroswift 的運營經理 Jacobus Prinsloo
首先，使用盡可能少的細節使用原始體積創建基本概念設計，然後將其導入Altair Inspire以運行基線有限元分析。隨後的優化和性能檢查確保了生成的拓撲結構促進了組件零件之間的所有必需連接。
工程師通過選擇在增加分支大小的情況下進行第一步優化來降低拓撲查找方法的階段性，以減少查找主要負載路徑時的計算複雜性。該過程產生了涵蓋最佳設計的厚度邊界。然後，Aeroswift團隊可以重新創建生成的幾何圖形，並使用更細的分支進行第二階段的拓撲優化。該過程顯示了從最基本的設計到適合金屬AM的拓撲優化設計的轉變。專案工程師對結果感到滿意，因為滿足了所有無人機框架要求，包括框架重量，推力重量比和飛行時間，同時保持了框架剛度。最終設計顯示出比最初預期更好的結果。“我們對結果感到非常滿意–使用Altair Inspire，我們可以建立一個流程來幫助我們實現拓撲優化的無人機機架，該機架顯示出比基準還要更好的結果，” Aeroswift的運營經理Jacobus Prinsloo說。“如果沒有Altair及其工具，我們將無法利用航空航天工業中增材製造的全部潛力。”
經過拓撲優化的無人機框架的Altair Inspire模型
展示優化設計
3D列印優化的無人機框架
行業
航空航天，增材製造
挑戰
在Aeroswift列印機上構建大型金屬無人機框架，同時提高“buy-to-fly”比率*，並減少開發時間和浪費。
解決方案
使用Altair InspireTM，Altair和Aeroswift的工程師可以設計大型無人飛行器（UAV）機架，以便在Aeroswift機器上進行製造。
結果
優化無人機機箱的拓撲，實現前所未有的3D列印尺寸，減少開發時間，材料和浪費。
*零件購買的材料重量與飛行零件的重量之比。