人們常說(shuō)3D打印件具有輕量化的優(yōu)勢(shì)，但具體是怎么實(shí)現(xiàn)的，卻是知之甚少。其中有一種技術(shù)在里面扮演了最為重要的角色，那就是“拓?fù)鋬?yōu)化”。

拓?fù)鋬?yōu)化（topology optimization），是指一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。通俗地講，拓?fù)鋬?yōu)化就是利用優(yōu)化的手段，尋找結(jié)構(gòu)內(nèi)部哪里需要布置材料，布置何種材料，在保證一定約束下獲取最優(yōu)的性能，在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，是一種非常常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式。

經(jīng)典的拓?fù)鋬?yōu)化

比如說(shuō)下面這輛由空中客車(chē)集團(tuán) APWorks GmbH制作的世界上第一輛3D打印摩托車(chē)Light Rider，它主車(chē)身的金屬框架設(shè)計(jì)采用了Altair公司的優(yōu)化軟件OptiStruct進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下采用鏤空異形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化，整車(chē)總共只有35公斤重，從0到50英里的加速只需要不到5s的時(shí)間，滿電續(xù)航里程可達(dá)60公里。

世界上第一輛3D打印摩托車(chē)Light Rider

不過(guò)在用于3D打印前，拓?fù)鋬?yōu)化并不那么完美。因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，計(jì)算機(jī)給出的優(yōu)化方案由于造型太過(guò)復(fù)雜，傳統(tǒng)制造方法根本無(wú)法制造，所以只能再對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，甚至放棄。但是有了3D技術(shù)后，兩者相輔相成，無(wú)論多么復(fù)雜的設(shè)計(jì)3D打印都能輕松完成，不僅真正發(fā)揮了拓?fù)鋬?yōu)化的效能，同時(shí)也提高了3D打印的實(shí)用價(jià)值。

除此之外，還有很多精彩的3D打印產(chǎn)品都與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)密不可分，例如：ROBOT BIKE CO(RBC)公司設(shè)計(jì)的可定制3D打印自行車(chē)；意大利泰雷茲阿萊尼亞宇航公司（Thales Alenia Space）設(shè)計(jì)制造的3D打印衛(wèi)星天線；瑞士蘇黎世RUAG Space公司有史以來(lái)最長(zhǎng)的工業(yè)級(jí)3D打印航天部件；英國(guó)增材制造廠商雷尼紹（Renishaw）與自行車(chē)廠商Empire Cycles合作，設(shè)計(jì)并制造了世界首輛全3D打印自行車(chē)；SOGECLAIR Aerospace采用3D打印制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)組件。

小編回想起之前與3D打印從業(yè)人員的交流時(shí)，他曾說(shuō)過(guò)的一句話：“3D打印不僅非常有應(yīng)用前景，而且是可持續(xù)發(fā)展好幾百年的技術(shù)。”可以說(shuō)，是拓?fù)鋬?yōu)化給了3D打印足夠的底氣，兩者可以說(shuō)是真正的天生一對(duì)。

粉體圈 作者：小榆