3D打印引领轻量化实践，几乎任何东西都可以变轻

【蜂耘网 3D打印】3D打印技术正引领着很多产业的轻量化进程，汽车、飞机、卫星几乎任何东西都能变得更轻。那么什么是轻量化，轻量化有哪些好处，3D打印如何实现轻量化？

一、什么是轻量化

轻量化是一个制造的概念，使工业零件和产品的重量减轻，同时保持或增强其强度、机械性能。目前，很多行业都在基于3D打印，开展轻量化的工作。

二、轻量化的好处

1、降低材料消耗，减少浪费，节约成本；

2、优化零件结构以获得更高的性能。

在制造领域，材料浪费是让制造商非常头疼的一个问题，超过40%的制造成本与材料有关。事实上，通过设计可以优化零件的结构，减少材料的损耗，比如使用空心结构、晶体结构等等。只是这样的结构，传统工艺加工难度很大，是一个昂贵而耗时的过程。而3D打印可以很轻松地实现这样的结构，从而减轻重量。

比如通用航空从2015年开始，就3D打印燃油喷嘴的前端。这个部件之前由20个零件组成，通过设计优化后，整合为了1个部件，重量减轻25%。

当重量减轻后，飞机、汽车的燃油效率就会提升。例如，如果一架空客A320的重量仅仅减少90千克，那么它每年可以节省2600多加仑的燃料。波音737飞机每减少0.45千克，就能减少数十万美元的年度运营成本。

同理，其他各种终端产品，重量减轻了，运输成本也会降低。因此，几乎每个行业都能享受到轻量化带来的成本降低。当然，目前最热衷的公司还是航空航天和汽车领域的公司。比如近些年来，发展势头迅猛的电动车，通过轻量化，可以实现更远的里程。

三、3D打印如何实现轻量化

3D打印实现轻量化，有两个好帮手——拓扑优化和生成设计。3D打印带来的关键优势就是设计自由。给拓扑优化和生成设计提供了发挥的基础。

通过拓扑优化，在保持功能不变的情况下，可以尽可能多地从零件中消除材料。从本质上讲，AI算法解析零件的几何形状，受力情况，使其消耗尽可能少的材料，同时仍然提供类似或更高的性能。

比如，自行车的脚踏板支架，之前都是实心结构，经过拓扑优化之后，内部改为了格子晶体结构，在稳定性不变的前提下，重量减轻了12%左右。目前已经应用于职业自行车比赛。

生成设计实现的效果类似，只是方式相反，如果把拓扑优化比喻成减法的话，生成设计就是加法。AI算法根据给定的材料和性能特征，通过无数次的模拟设计迭代，输出最优化的设计方案。

空客旗下的子公司，就通过AI算法，设计了一台经过优化的电动摩托车，车架看着像一个外机械骨骼，去除了很多不必要的材料。最终，这台电动摩托车只有35千克，比一般的摩托车轻了大概30%。

不难发现，通过这两种方法，输出的设计方案，其设计造型往往复杂的几何形状或多个零件合并成一个，比如弯曲的内部通道使用格子结构填充。这样的结构，传统工艺是很难实现的，只能通过3D打印来制造。

（蜂耘3D打印网　责任编辑：科技蜜）