- 作者：
- 發(fā)表時(shí)間：2019-10-09 14:36:09
- 來(lái)源：
增材制造（3D打?。┛梢詮?到1的創(chuàng)造出一個(gè)前所未有的零部件，也可以對(duì)原有零部件進(jìn)行再制造，為它們帶來(lái)新的附加價(jià)值，如：縮小尺寸、結(jié)構(gòu)一體化、輕量化并提升性能。 3D打印具有如此的魅力與其背后精彩的設(shè)計(jì)密不可分，增材思維（DFAM）是開(kāi)啟3D打印潛力的鑰匙。然而骨感的現(xiàn)實(shí)是，大多數(shù)設(shè)計(jì)師是在傳統(tǒng)減材制造教育中成長(zhǎng)的，受到原有制造文化所形成的抗拒力，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維轉(zhuǎn)換成為增材制造而設(shè)計(jì)的思維模式并不是一件簡(jiǎn)單的事情。 本期，3D科學(xué)谷與谷友通過(guò)一個(gè)摩托車化油器的設(shè)計(jì)來(lái)領(lǐng)略DFAM的個(gè)中奧妙，該設(shè)計(jì)將一個(gè)由多個(gè)組件組成的設(shè)計(jì)優(yōu)化為一個(gè)整體式的輕量化零件，零件中還集成了布線通道和散熱結(jié)構(gòu)。
▲化油器的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
來(lái)源：Cassidy Silbernagel
仿真驅(qū)動(dòng)
設(shè)計(jì)
典型的化油器上部分有進(jìn)氣口和浮子室，中間部分有喉管、量孔和噴管，下部分有節(jié)氣門等。浮子室是一個(gè)矩形容器，存儲(chǔ)著來(lái)自汽油泵的汽油，容器里面有一只浮子利用浮面（油面）高度控制著進(jìn)油量。中部的噴管一頭進(jìn)油口與浮子室的量孔相通，另一頭出油口在喉管的咽喉處。
燃油通過(guò)O形圈密封后進(jìn)入燃油入口并充滿浮子隨著燃油的消耗，燃油液位下降并降低浮子，從而允許更多的燃油進(jìn)入。這種模式重復(fù)出現(xiàn)并保持在均勻的燃油液位。
▲化油器的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
來(lái)源：Cassidy Silbernagel
摩托車化油器看起來(lái)非常復(fù)雜，通過(guò)改變引擎和化油器內(nèi)的大氣壓，改變壓力并使燃料和空氣通過(guò)化油器流動(dòng)。通過(guò)化油器流動(dòng)的空氣將會(huì)帶動(dòng)燃料，接著燃料將會(huì)與空氣混合。
在化油器里面是一段喉管，喉管是在化油器里面迫使空氣加速通過(guò)的收縮部分，加速流動(dòng)的空氣引起化油器里面的氣壓降低。
空氣是通過(guò)空氣濾清器進(jìn)入化油器，基于進(jìn)氣阻力不能過(guò)大和其他因素的考慮，過(guò)濾裝置不能過(guò)于致密，因而空氣中的部分微小雜質(zhì)仍會(huì)通過(guò)空濾器進(jìn)入化油器中。組成化油器油道、氣道中的較多零部件，如主量孔、怠速量孔、主空氣量孔、怠速空氣量孔、主泡沫管等等都有內(nèi)徑很小的孔(內(nèi)徑在0.3～1.5mm之間)。這些精密的零件，都給設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定程度的挑戰(zhàn)。
對(duì)于浮子的設(shè)計(jì)，案例中的設(shè)計(jì)師使用了Altair Inspire軟件。通過(guò)該軟件運(yùn)行了多次迭代，獲得了理想的浮子的設(shè)計(jì)。
▲增材思維設(shè)計(jì)的化油器
來(lái)源：Cassidy Silbernagel
▲帶點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的化油器
來(lái)源：Cassidy Silbernagel
對(duì)于主體的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師使用了點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來(lái)保持剛度同時(shí)最小化重量，通過(guò)諾丁漢大學(xué)和Added Scientific開(kāi)發(fā)的軟件，使用多個(gè)選項(xiàng)快速輕松地創(chuàng)建點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)其進(jìn)行自定義。
▲增材制造設(shè)計(jì)帶來(lái)更好的油氣混合結(jié)果
來(lái)源：Cassidy Silbernagel
在增材制造中，需要盡量設(shè)計(jì)不低于45度角的結(jié)構(gòu)以最少化支撐結(jié)構(gòu)的需要。設(shè)計(jì)師在許多不同的地方體現(xiàn)了這一設(shè)計(jì)思路，從而創(chuàng)建復(fù)雜的零件而無(wú)需復(fù)雜的支撐結(jié)構(gòu)，包括在一些薄型墻體中的一些特殊設(shè)計(jì)，而無(wú)需依賴于支撐結(jié)構(gòu)。
▲藍(lán)色區(qū)域中突出顯示支撐結(jié)構(gòu)
來(lái)源：Cassidy Silbernagel
當(dāng)然必要的支撐結(jié)構(gòu)對(duì)3D打印結(jié)果有著積極的作用。例如，支撐位于底部，頂部附近，外側(cè)以及浮子下方（一旦斷電并卸下容納燃料入口的背板）。
這是個(gè)很好的顯示增材制造特點(diǎn)的案例：減少零件數(shù)量（包含運(yùn)動(dòng)零件），減輕重量，提高性能。
名詞解釋：化油器（carburetor）是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的真空作用下，將一定比例的汽油與空氣混合的機(jī)械裝置。化油器作為一種精密的機(jī)械裝置，它利用吸入空氣流的動(dòng)能實(shí)現(xiàn)汽油的霧化的。它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要作用可以稱之為發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”。其完整的裝置應(yīng)包括起動(dòng)裝置、怠速裝置、中等負(fù)荷裝置、全負(fù)荷裝置、加速裝置。化油器會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工作狀態(tài)需求，自動(dòng)配比出相應(yīng)的濃度，輸出相應(yīng)的量的混合氣，為了使配出的混合氣混合的比較均勻，化油器還具備使燃油霧化的效果，以供機(jī)器正常運(yùn)行。
