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影響力與年俱增第三屆“天工杯”引領中國增材制造結構優化潮流

發布時間:2019-11-13 02:30:49 已有: 人閱讀

  2019年10月18日,第三屆“天工杯”結構優化設計論壇暨增材制造大賽全國總決賽在北京成功舉行。南極熊作為合作媒體,從第一屆,到第二屆,再到現在的第三屆,都到了現場進行報道支持,感受到了“天工杯”業界影響力的與年俱增:結構優化設計論壇內容干貨滿滿,非常前沿;大賽參加隊伍數量(135支隊伍報名)和質量都創新高。

  結構優化設計論壇專家云集,演講內容前沿創新△上午的結構優化設計論壇,由國內金屬3D打印龍頭廠商鑫精合總經理李廣生主持,并介紹了大賽的主要情況。△航天三院三部副主任/總師劉鵬對大會做了致辭劉鵬提到,“航天科工三院三部是我國飛航技術的領軍人,自成立以來就秉承國家利益高于一切的核心價值觀,肩負著科技強軍和航天報國的神圣使命,始終堅持開拓創新的發展戰略基點,強力推動專業能力進步和提升,深入推動自身專業與行業的深度融合,實現在技術創新高地的互利共贏,并不斷推動飛航產品的創新和換代升級。航天三院在增材制造應用的型號之多、產值之大,基本上是整個航空航天產業里比較靠前的。結構優化是實現飛行器先進結構輕量化設計最有效最高效的手段。先進的創新結構形式,需要先進的結構優化技術作為支撐,更需要先進的生態制造技術來助力。設計師們一系列的創新工作,帶來了新的方法,新的結構和新的工藝。這些智慧的火花需要碰撞,才能閃耀出更加耀眼的光芒。此次航天三院三部聯合各相關高校企業單位舉辦第三屆天工杯結構優化設計論壇及增材制造大賽,其目的就是為了培養激勵創新的生態環境,為廣大結構優化設計和制造人才提供激發靈感、啟迪智慧展示能力和技術交流的平臺。這對于促進創新的技術的推動應用和融合非常的重要。”

  △航天二院二部李霏航天二院二部李霏發表了《裝備結構研制中的3D打印技術應用》的演講。他從航天產品特征與發展方向出發,簡要介紹二院二部在目前產品研制工作中對于3D打印技術應用的基本情況,針對未來發展方向,提出對于3D打印技術發展的應用需求。李霏在演講中提到,新一代航天產品性能提升對于結構系統輕量化提出更高要求,需要提高整個結構的比強度和比剛度;微小型化和集成化的發展方向,對復雜結構的一體化設計和制造提出迫切需求;多功能化和智能化需要結構功能一體化。借助3D打印技術,不但可以滿足這些要求,而且研制和生產周期大幅縮短。

  △大連理工大學亢戰教授大連理工大學亢戰教授發表了《多材料結構拓撲優化設計——工藝約束、界面強度與不確定性》的演講,講述了多材料結構拓撲優化設計的概念和方法,多尺度并發拓撲優化和超材料設計,多材料與多組件結構拓撲優化模型、多材料界面不確定性下的魯棒性拓撲優化、以及多單胞材料與結構一體化設計、制備工藝約束的拓撲優化等內容。

  亢戰教授提到,“可以利用先進的材料(包括高強度合金、復合材料、多孔材料、點陣材料)、工藝(摩擦攪拌焊、金屬發泡、增材制造、熱成型)、設計(精細分析、多功能集成、一體化設計、可展開結構、結構優化)技術,以更少的重量實現相同或更高的結構性能,實現結構輕量化。多材料結構拓展了設計空間,可賦予結構多種功能,以實現結構與特定功能的一體化。增材制造為實現多材料結構提供了一種有潛力的制備技術。”

  △西北工業大學助理教授張亞輝西北工業大學助理教授張亞輝發表了《飛行器仿生變體結構優化設計》的演講,講述了面向航空航天結構智能化、集成化、輕量化的發展需求,通過智能材料與結構優化技術的結合,解決材料-結構-驅動合理匹配問題,實現剛柔相濟飛行器仿生變體結構優化設計。

  張亞輝提到,通過使用大量的點陣結構,使用驅動結構帶動點陣結構,多點陣機構的疊加,使整體的機翼發生變形。這種點陣結構的制造,就只能夠使用3D打印技術去實現了。自己課題組去嘗試做一些智能材料的3D打印,例如3D打印形狀記憶合金,在大尺寸零件的狀態下,變形效應很好;但做成小點陣微結構的情況下,形狀記憶效應超彈性就沒有了,希望可以和對這方面感興趣的人進行交流。

  鑫精合首席戰略官葉洎沅發布了《持續改善——提升增材制造質量之路》的演講。葉洎沅分析金屬材料增材制造工藝的常見缺陷,對設計、工藝和設備等方面進行優化,提升增材制造產品的質量,滿足性能要求,并淺析增材制造工藝的未來發展趨勢。

  葉洎沅指出,設計成本只占產品成本的5%,但設計師卻影響著70%的產品成本和制程,所以持續改善應該從研發設計就開始了;增材制造的價值體系在于實現經過優化設計的產品;提升增材制造的產品質量需要產品設計、工藝設計、材料、設備研發人員的緊密合作;軍工產品的設計圖紙標準應當進行變革,各級領導應當重視起來;增材制造技術在快速發展中,過程設備也在快速進步,希望用戶、服務商、設備商緊密合作,真正打破對進口設備的依賴。

  △澳汰爾工程軟件有限公司產品經理 徐成斌發表了《仿真助力增材制造設計》的演講。如何通過借助Altair仿真工具進行面向增材制造的設計方法,內容包含拓撲優化、點陣設計驗證和打印工藝仿真。第三屆“天工杯”結構優化增材制造大賽全國總決賽

  △大賽現場16位評委和18支決賽隊伍下午,18支隊伍進行拓撲優化的決賽,現場PK經過拓撲優化設計而3D打印出來的樹脂結構模型的承受載荷大小。一共有16位專家到達現場當評委。

  △參賽者講述自己團隊的結構優化設計報告南極熊現場看到了大賽規則:某機構鉸鏈力臂通過 4 個連接螺釘固定在基體上,懸臂受集中載荷,通過鉸鏈力臂傳力至基體結構,優化結構和傳力路徑,可以更高效的傳遞載荷和減輕結構重量。其中限定材料體積(不高于40mL),優化結構使其承受載荷最大。鉸鏈力臂3D打印結構通過 4 個HB1-202 M6x14 螺釘和 4 個HB1-521 6x10x0.8 平墊與固定工裝對接,懸臂通過Φ6.5 通孔與加載工裝穿銷連接,然后加載試驗,加載方向豎直向上,直至結構破壞,最后根據最大載荷數據排名。

  皇家墨爾本理工大學創新結構和材料中心 CISM的嚴鑫團隊,北京優拓增材科技有限公司的馬勝利團隊,加載成績都超過1900N,獲得大賽一等獎;

  航空工業第一飛機設計研究院的張翠娥團隊、大連理工大學的李浩團隊,加載成績都超過1800N,獲得大賽二等獎;

  航空工業第一飛機設計研究院的黨蒲妮團隊、航天科工增材制造技術創新中心的吳冬冬團隊、貴州航天風華精密設備有限公司的葉建國團隊、航天科工集團三院三部的易斯男團隊,加載成績都超過1200N,獲得大賽三等獎。

  航空工業第一飛機設計研究院的趙秀峰團隊、航天科工集團三院三部李乃田團隊、中國兵器集團湖南云箭有限公司/安世中德咨詢(北京)有限公司的寇曉東團隊,獲得大賽優秀創意獎。

  △南極熊采訪第三屆“天工杯”一等獎獲得者團隊代表獲得了一等獎的皇家墨爾本理工大學創新結構和材料中心 CISM團隊代表嚴鑫,在采訪中向南極熊表示,“可以獲得本次大賽的一等獎,我們非常激動和興奮。其實其他團隊也做得很好。我們是謝億民院士領導的研究團隊,使用了自主研發的Ameba軟件。這是一個面向設計師的專業的拓撲優化設計工具。我們根據獨有的“雙向漸進結構優化法(BESO)”,研發了基于該算法的拓撲優化工具,求解時設計區域會像變形蟲那樣進化成各種形狀,最終獲得傳力合理且仿生的形態。”“天工杯”——中國增材制造結構優化的交流平臺本屆“天工杯”的主辦單位是中國航天科工集團有限公司;承辦單位包括航天科工集團第三研究院、航天科工集團第三研究院第三總體設計部、航天科工集團第三研究院三〇一所、國際仿真與多學科優化設計協會(ASMDO)、航天科工集團增材制造技術創新中心、鑫精合激光科技發展(北京)有限公司、飛而康快速制造科技有限責任公司;協辦單位是澳汰爾工程軟件(上海)有限公司。他們都是國內涉足增材制造結構優化的相關單位,對此領域有著一定的專業積累和應用。

  △南極熊采訪第三屆“天工杯”的承辦單位之一飛而康快速制造科技有限責任公司的總經理余海△飛而康3D打印的經過了結構優化的金屬件活動當天,南極熊對飛而康的總經理余海進行了采訪。余海向南極熊表示,“飛而康是中國金屬3D打印領域的老牌廠商,有著從金屬粉末制備-金屬3D打印工藝-金屬3D打印適航認證的完整鏈條,對結構優化設計有著自己的應用積累。為什么參與承辦這一屆天工杯呢?我們有責任有義務參與把市場給做大,引導客戶,引導同行,還有設計師一起來把這個行業做好。我們通過承辦這種活動,能夠提升行業結構設計拓樸優化的能力,然后還能夠拓展開發出更多更好的設計團隊和人員,這樣話可以促進我們國家的增材制造的發展和應用。特別在復雜結構的零件加工中,3D打印有很大優勢,能夠通過設計端的改變,能夠改善整個零件的力學性能,也能夠減輕它的重量,也能夠達到一個最高的綜合性價比。”會后,航天三院三部副主任/總師劉鵬在接受南極熊的采訪中說,“航天三院三部作為我們國家飛航技術的領軍者,我們有責任建立這樣一個大家交流的平臺,通過天工杯,把我們國家產學研用整個鏈條進行充分的交流和打通。我們從需求端-設計-仿真驗證-加工制造,進行全產業的交流,我們希望能夠推動和促進中國3D打印行業的發展,也希望平臺未來能夠成為專家學者和研究人員助力的一個載體。”南極熊從第一屆開始,連續關注了三屆“天工杯”,一步步見證了它成為增材制造結構優化領域最具影響力的行業性大賽。祝愿“天工杯”助力中國增材制造行業,不斷造出“天工之物”。

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