[發(fā)明專利]一種電弧熔絲增材制造底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011280830.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112446142B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔強;李江山;西達思·蘇哈斯·帕維爾;喻川
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州翰凱斯智能技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B22F10/18;B22F10/85;B33Y50/02;G06F113/10
• 代理公司: 貴州派騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 張祥軍

本發(fā)明提供了一種電弧熔絲增材制造底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟，S1：定義設(shè)計域，根據(jù)底盤形狀特點確定設(shè)計域；S2：建立基結(jié)構(gòu)模型，通過離散化獲得設(shè)計域的離散點，并連接離散點形成基結(jié)構(gòu)模型；S3：建立優(yōu)化模型，形成以結(jié)構(gòu)體積最小為優(yōu)化目標的優(yōu)化模型；S4：建立生成式設(shè)計模型，確定設(shè)計變量和設(shè)計要求，得到底盤結(jié)構(gòu)方案；S5：調(diào)整結(jié)構(gòu)，根據(jù)制造要求與美學(xué)標準選擇方案，依據(jù)結(jié)構(gòu)有限元分析的可視化反饋手動調(diào)整結(jié)構(gòu)，在保證結(jié)構(gòu)性能情況下完善底盤結(jié)構(gòu)方案；S6：實體制造，將底盤結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為實體模型，進行制造。本發(fā)明方法設(shè)計自由度高，工業(yè)適用度強，設(shè)計出來產(chǎn)品符合工業(yè)形態(tài)美學(xué)和可制造性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電弧熔絲增材制造底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

增材制造也稱3D打印技術(shù)，是一種通過材料的逐層連接或凝固來制造零件的方式。傳統(tǒng)的金屬增材制造方法是使用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。由于金屬粉末材料非常昂貴，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)制造零件的成本非常高。同時，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)制成的部件尺寸受到機床的尺寸限制，所以這種方法不能制造大體量的電動車底盤。電弧熔絲增材制造(WAAM)是一種新興的增材制造技術(shù)，它使用電弧作為熱源，使用金屬線作為原料。用于電弧的運動系統(tǒng)可以通過工業(yè)機器人(機械臂)或數(shù)控機床(CNC)進行，它基本的形式是機器人焊接技術(shù)。電弧熔絲增材制造技術(shù)除了機器人和焊接設(shè)備的費用，它的主要成本是原材料(焊絲)和電費，制造成本低，其機器人手臂的運動范圍可以遠遠超過選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的粉末機床系統(tǒng)，因此電弧熔絲增材制造造技術(shù)可以打印體積大而復(fù)雜的零件，比選擇性激光燒結(jié)技術(shù)可行性更高、成本更低。

底盤是電動車中最為基本的部分，它需要承受電動車的設(shè)備和承載重量等，底盤的輕量化對降低能量消耗有明顯作用。目前電動車底盤多由經(jīng)驗設(shè)計所得，然后根據(jù)實際測試和軟件分析結(jié)果進行優(yōu)化，設(shè)計與優(yōu)化過程成本高、效率低。因此開發(fā)出一種新的電弧熔絲增材制造底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，簡化底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，讓專注于電動車設(shè)計的工程師和設(shè)計師的創(chuàng)造力和想象力將不再受傳統(tǒng)制造技術(shù)的限制成為很有必要的事情。

專利文件《一種基于多性能約束的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計方法》(CN107844676A)公開了一種基于多性能約束的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計方法包括以下步驟：(1)建立基結(jié)構(gòu)有限元模型；(2) 輸入多性能拓撲優(yōu)化參數(shù)，形成優(yōu)化模型；(3)初始化變量并提取基結(jié)構(gòu)信息；(4)對結(jié)構(gòu)進行力學(xué)性能分析，并提取分析結(jié)果；(5)對優(yōu)化模型進行顯式化處理；(6)求解優(yōu)化模型；(7)對最優(yōu)連續(xù)結(jié)構(gòu)進行反演，獲得最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以快速得到穩(wěn)定收斂的拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu)，縮短結(jié)構(gòu)設(shè)計周期，提高工作效率，節(jié)能減材。但是該方法卻不能滿足讓專注于電動車設(shè)計的工程師和設(shè)計師的創(chuàng)造力和想象力將不再受傳統(tǒng)制造技術(shù)的限制，設(shè)計過程中交互性差、自由度低，且產(chǎn)品的可制造性差。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種工業(yè)制造適用性強、設(shè)計自由度高的電弧熔絲增材制造底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，該方法設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能和形態(tài)美學(xué)的統(tǒng)一。

本發(fā)明提供了一種電弧熔絲增材制造底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括以下步驟，

S1：定義設(shè)計域，根據(jù)底盤和安裝在底盤的必要組件的形狀特點確定設(shè)計空間，安裝在底盤的必要組件占據(jù)的設(shè)計空間為非設(shè)計域，非設(shè)計域外的設(shè)計空間為設(shè)計域；

S2：建立基結(jié)構(gòu)模型，在不同工況載荷作用下，將步驟S1得到的設(shè)計域進行離散化處理，得到有限數(shù)量的離散點，并兩兩連接所有鄰近離散點，形成基結(jié)構(gòu)模型；

S3：建立優(yōu)化模型，通過基結(jié)構(gòu)模型，形成以結(jié)構(gòu)體積最小為優(yōu)化目標的優(yōu)化模型；