铂力特助力西工大张卫红院士团队增材制造结构优化设计新研究

在航空航天领域，零部件的应急保障、修复和替换是增材制造的重要应用方向。在此应用背景下，通常难以配备多种不同牌号的金属粉末，多数时候不得不使用异种材料原位替换件。此外，受有限检测设备和检测时间的影响，要求替换件的功能、性能要与原件保持一致。而拓扑优化技术与增材制造技术结合，可以发挥材料与结构的承载潜力，为航空航天飞行器结构轻量化、高性能的发展提供有效途径。

西北工业大学航宇材料一体化设计与增材制造装备技术国际联合研究中心针对异种材料原位替换件，提出增材制造损坏替换件拓扑优化设计方法，并以机用散热风扇为例开展应用研究。3D打印技术参考注意到，张卫红院士团队于2024年2月在《航空工程进展》发表了题为“增材制造损坏替换件拓扑优化设计方法”的研究。

在本研究中，研究人员以某机用散热风扇为例，在分析散热风扇结构、性能、服役环境等基础上，提出优化设计要求并构建拓扑优化列式，基于密度变量法对优化问题进行灵敏度分析推导。根据工程实际建立散热风扇优化设计模型，基于异种材料拓扑优化设计结果开展模型重构并进行力学性能校核，并对重构优化设计方案进行打印加工验证。最终，替换件设计方案达到了散热风扇总质量和转动惯量基本保持不变且满足材料刚度和强度的设计要求。因此得出结论：在异种材料增材制造损坏替换件拓扑优化中将约束定义为在原件相关数据附近小幅波动，即区间约束，能够有效实现设计意图。

铂力特为此次研究提供了设备与技术支持。试验所用的散热风扇替换件重构模型由合肥中科重明科技有限公司利用铂力特BLT-S310设备进行打印。铂力特与课题组积极沟通，根据研究需要多次就叶片的结构优化设计问题与课题组进行探讨，并提供成形工艺参数建议，协助客户圆满完成样件加工，保证试验的正常进行。

利用BLT-S310设备打印的散热叶片