# 3月19日 10:00-12:00

3月19日，TCT亚洲峰会——模具与工业论坛邀您共探工业进阶之路。这里不仅有前沿技术的头脑风暴，更有轨道交通、汽车制造、半导体等领军企业的实战经验拆解。

PIX Moving研发总监张远女士将现场拆解：如何打破传统汽车制造零件繁琐、模具周期长的桎梏？如何将100+个传统零件整合为一体化结构，实现从设计到交付的闭环革命。探讨3D打印技术在未来城市移动空间规模化应用的可能性。

通过这种数字制造方式，PIX的车辆开发周期缩短超过60%，生产模具成本下降90%

在PIX自主研发的微型电动车Beastie项目中，采用WAAM打印的一体化车身骨架不仅实现了轻量化和模块化，还极大地简化了装配工序。过去需要数百个焊接部件才能完成的框架，如今通过单次打印即可获得整体结构。

董广敏先生将带我们深入实战一线，拆解3D打印如何赋能后市场？包括利用3D建模快速实现产品校对与缺陷改进；空气悬架、高级音响升级以及赛车改装中，3D打印如何实现传统工艺无法企及的精密与轻量化。

上海工程技术大学赵仁洁教授将带来关于半导体零部件的深度思考。深度剖析半导体巨头如何进行零部件的分级管理与全流程质控。面对半导体行业的严苛要求，如何构建可追溯、高可靠性的专属规范体系。

知识进阶→了解行业趋势之余，标准化的实操能力同样关键。针对半导体等高精尖行业对增材制造标准的严苛需求，ASTM官方认证培训课程现已开放预约。

课程涵盖增材制造全流程质量控制要点，是技术管理人员完善知识版图、对接国际标准的专业首选。

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中车工业研究院专家折洁女士将分享轨道交通领域的最新进展，看增材制造如何助力大尺寸、高强度关键零部件的轻量化迭代。

中车研究院先进成形技术研究室，作为中国中车在先进制造领域的核心攻坚力量，承载着推动轨道交通装备制造技术飞跃的重任。

为什么这场论坛值得你腾出时间？

在模具与工业的一线，我们常听到这样的声音：

• 模具工程师/设计师：如何在保证强度的前提下，通过复杂流道或拓扑优化实现更极致的减重？
• 汽车研发与改装从业者：面对小批量、定制化的市场需求，如何缩短开发周期并提升交付效率？
• 半导体供应链管理者：精密零部件的国产化之路，如何跨越严苛的质量控制与标准体系门槛？

针对上述工业现场的痛点，3月19日的论坛将为你提供从实践到理论的完整答案：

• 高纯度案例教学：拒绝云里雾里，只讲真实案例。从ASML的供应链管理到PIX Moving的量产实践。
• 全产业链覆盖：纵向跨越设计、生产、质量控制与标准构建；横向连接汽车、轨交、半导体三大核心领域。
• 行业社交圈：现场汇聚模具制造、汽车工程、精密制造领域的专家与决策者，是建立行业连接的绝佳机会。

TCT Asia 2026

时间与地点

3月17日 09:00 – 17:30
3月18日 09:00 – 17:30
3月19日 09:00 – 15:00

国家会展中心（上海）7.1&8.1馆

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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近年来，随着商业航天、医疗植入物、消费电子结构件等先进制造领域量产应用的快速发展，增材制造正迈入规模化生产的深刻转型阶段。然而这一工业化进程并非仅仅关乎增材制造设备的升级或材料突破，而是面临着一个更为根本的挑战：如何系统性地管理并利用制造过程中产生的海量、异构数据。

在增材制造领域，数据挑战呈现出多维度的复杂性。首先，数据孤岛现象普遍存在——从设计软件、工艺仿真系统到增材制造设备和质量检测仪器，每个环节都生成并存储着特定格式的数据，这些数据被封闭在垂直的系统架构中，难以互通。其次，行业标准的缺失使得不同系统间的数据格式、接口协议和质量评价标准难以统一，进一步加剧了数据整合的难度。

这种数据割裂的状态直接制约了人工智能技术在增材制造中的深度应用。虽然AI已被公认为是实现复杂结构创新设计、工艺参数自主优化和在线质量闭环控制的关键驱动力，但高质量、可追溯、全链条数据的匮乏使得AI模型的训练和应用面临严重障碍。

根据3D科学谷的市场观察，当前增材制造行业正处于一个关键的节点。构建新一代的制造数据基础设施为AI模型提供可靠的数据基础。数据基础设施的完善将推动增材制造向真正的智能化方向演进。

近日，宝马集团增材制造园区的专家和美国国家标准与技术研究（NIST）的研究团队针对增材制造用户数据管理中面临的5类挑战提出了见解，这为推动增材制造全生命周期中的数据整合工作提供了参考。

 数据连接的价值与集成的挑战

I 增材制造数据管理的5类挑战

数据量与复杂性：增材制造工艺从设计、过程监控到后处理日志，都会产生海量数据。由于这些数据源具有不同的格式和协议，它们通常无法无缝通信，这使得将数据整合到统一系统中变得困难。

可追溯性要求：在量产应用中增材制造常用于制造关键部件，制造商必须为每个部件维护完整的数字线程，链接设计、构建、检测和认证数据。每个参数都必须可追溯，以确保可重复性并符合行业标准。

制造的复杂性: 增材制造的核心优势是生产高度定制化、复杂设计的能力，同时这也引入了操作复杂性。几何形状越复杂，工程师就越可能需要从头开始设计过程。虽然这种方法有助于满足即时需求，但它可能限制技术知识和设计最佳实践的积累，而这些积累原本会随着时间推移提高效率。

工艺可变性：在增材制造中，粉末质量、机器校准或环境条件的微小波动都可能影响部件质量。有效的数据管理对于检测相关性、建立可重复性以及符合标准至关重要。

标准化数据的缺乏：标准化是整个增材制造领域多个环节普遍存在的问题。在数据管理环节，缺乏数据格式和互操作性的通用标准，会使得跨平台和跨机器的集成变得困难。
在增材制造数据管理的前沿实践中，宝马集团增材制造园区的专家指出，数据集成是当下行业最亟待解决的挑战。宝马集团增材制造园区的规划、工具与数据分析负责人Melissa Jechi指出：“设备间的连接常常因为系统的多样性和现有标准的缺乏而停滞，这使得协同工作与监控变得异常困难。”

来源：BMW

这种集成挑战必须放在增材制造完整的生态系统背景下来理解。正如NIST在其相关研究论文中谈到的，一个完全集成的增材制造生态系统涵盖了沿零件、材料和设备三大生命周期的所有活动，这三者在生产中心交汇。零件生命周期构成了从设计到合格零件的快速转化流程；材料生命周期决定了原料质量并通过结合工艺参数来满足最终零件要求；设备生命周期则定义了设备的性能。这三个维度在生产阶段共同作用，决定了最终产品的质量。

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”

在这样的生态系统中，数据集成面临的根本困难具体表现在两个方面。

首先，设备生态的封闭性问题突出。Melissa指出：“许多设备制造商表示能够提供解决方案，但这通常只适用于一个有限且封闭的生态系统，在与其它系统或竞争对手协作时无济于事。” 这种生态封闭性导致了数据在三大生命周期轴线内部及之间流通的障碍。

其次，数据链的不完整性严重影响了制造过程的可控性。正如Melissa所谈到的：“沿工艺链的数据不完整性意味着信息从设计到仿真再到生产的过程中丢失或碎片化，阻碍了可扩展的集成。” 这种数据断层，正是生态系统内各生命周期数字线程未能贯通的结果。

基于这些洞察，宝马集团的专家提出了明确的需求：“因此，能够无缝连接设计、仿真和生产数据的开放、端到端数据管道将是我最关键的期望。” 这一需求映射出行业对构建真正一体化生态系统的迫切要求。在理想的生态系统中，每个生命周期内的数字数据能够自然融入下游活动，形成数字线程；而在生产交汇点，所有数字线程的数据能够被整合，作为过程控制等生产活动的输入。实现这种端到端的数据连接，正是为了构建这一理想生态。

来源：BMW

 系统性框架：
     从理论到实践的七步路径

根据3D科学谷的市场研究，为了应对增材制造数据管理的系统性挑战，并实现上述生态系统的有效集成，美国国家标准与技术研究院的研究团队为数据集成提出了一套“七步法工作流程”，为处理增材制造中特有的数据挑战提供了系统化的解决方案。该流程可同时应用于数据流处理（步骤连续、实时运行）与批量数据处理（在离散的、预定的时间周期内运行）。

第一步：明确数据源定义
一切数据工作的起点在于清晰的定义。该步骤要求明确回答三个核心问题：需要集成哪些数据？这些数据的结构是什么？如何实现集成？具体来说，涉及对数据类型（如图像、视频、三维模型）的界定，以及对用于解释测量数据位置和大小的坐标系统的说明。此外，还必须记录数据源的描述性信息及其设备元数据（如型号）。这一步骤旨在确保数据提供方与使用方达成共识，为后续所有集成工作奠定基础。

第二步：设计数据收集机制
在数据源明确后，需建立标准化的收集流程。数据可根据固定间隔、特定事件触发或满足预设条件三种模式生成。从设备获取数据主要依靠推送（设备主动发送）或拉取（接收方主动获取）两种方法。无论采用何种模式与方法，关键实践在于制定统一的数据交换标准，用以描述数据及其元数据的位置，从而生成结构化的标准消息，确保数据能够被下游系统正确理解和处理。

第三步：实施数据队列化管理
面对高速、并发的数据流，直接处理可能导致系统过载。引入消息队列作为缓冲层是有效的解决方案。数据首先被暂存于队列中等待处理，随后可转移至另一队列等待永久存储。这一机制能有效削峰填谷，防止数据丢失，并为后续处理环节提供稳定的数据流。相关论文中指出Apache Kafka和IBM MQ是该领域的典型技术。

第四步：执行数据分级归档
长期、可靠的数据存储需要根据数据类型选择策略。一个核心原则是：将增材制造过程中产生的图像等大型文件与其描述性元数据分开存储。对于图像等非结构化数据，通常使用文件系统或托管的云存储服务。而对于需要频繁查询和关联的元数据，则最适合使用关系型数据库管理系统。当元数据结构稳定、变化不频繁时，文档数据库（如NIST的增材制造材料数据库AMMD）也是一种高效的选择。

第五步：制定数据精简策略
并非所有数据都需要永久保存。为了控制存储成本、提升系统性能并确保长期可持续性，必须制定主动的数据管理策略。这包括定期删除过期数据、对数据进行聚合汇总、消除冗余副本，以及在满足分析需求的前提下，有选择地降低某些数据集的质量或精度。这一步骤的核心是在保留数据价值与管理系统负担之间取得平衡。

第六步：构建融合决策模型
收集和管理数据的最终目的只有一个：从中获取价值，从而驱动更优的决策。决策模型的构建主要融合两类方法：一是基于机器学习的预测模型，它需要大量准确的历史数据作为训练基础；二是基于规则的专家系统，它封装了领域专家的经验与知识（以“如果-那么”规则形式）。NIST研究团队在相关论文中建议将两者结合，以构建更为可靠、健壮的智能决策支持系统。

第七步：推动决策模型的实践应用
决策模型只有集成到真实的生产环境中才能产生实际价值。在增材制造场景中，这意味着将决策模型嵌入制造控制系统，形成“感知-分析-决策-执行”的闭环。例如，模型可以实时分析数据，在预测到关键缺陷时触发警报，或在检测到工艺异常时自动调整激光功率、扫描速度等参数，甚至中止构建过程。这一步标志着数据真正从静态资产转化为驱动生产优化和保障质量的核心动力。

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 数据管理为企业带来的价值

在实践层面上，宝马集团增材制造园区的关键做法是实现个车间层面的标准化与互操作性。

Melissa强调了公司迈向更智能数据管理的方法，核心在于数据质量与透明度。他们的目标是看到标准化的数据模型和应用程序接口（API）实时接入内部中央数据湖，在已经实现实时数据连接的领域，他们观察到了更快的验证流程、更清晰的透明度以及可扩展的数据管道。

这类实践为增材制造运营带来的一些可衡量的效益：关元数据的可用性显著提升，同时错误率下降，使得应用端能够进行更精准的数据分析，从而提供可操作的见解以提升工艺效率。宝马集团已经借此缩短了交付周期，提供设备利用率和员工的工作能力。

也就是说，有效的数据管理不仅解决了技术层面的问题，更带来了实际的商业价值，因为无论是设备利用率、交期还是员工的应用能力都是企业在市场中的竞争力。

 数据为“眼耳口鼻”的信号，数字孪生为“大脑”，智造未来

增材制造的数据管理正在经历从被动响应到主动规划的转变。NIST的研究团队在论文中指出，增材制造数据标准将在数据集成中扮演关键角色，而ASTM国际委员会F42.08正专注于制定AM数据互操作性标准。随着此类新标准在数据注册、融合和安全等领域的陆续出台，并结合现有通用标准，增材制造产业化进程的商业化有望加速。

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增材制造的智能化转型本质上是一场围绕数据能力构建的深刻变革。宝马集团的实践洞见和NIST的系统性框架共同揭示了一个明确的发展方向：未来的竞争优势或将属于那些能够率先构建开放、贯通、智能的数据基础设施的企业。构建完善的数据集成与管理体系，道路虽然充满挑战，但无疑是通向智能制造未来的必由之路。

我们需要看到的是，增材制造中数据的多元异构特性是“无罪的”，这就好比人类自身，通过眼睛，鼻子，耳朵，手等器官获得的信号同样也是多元异构的，但关键在于，人类的大脑可以同时处理这些不同模态的信号，做出解析、判断和执行指令。同样的，在增材制造领域，也正在出现这样的增材制造“大脑”。

落到操作层面，国际上，SynaCore数字孪生体AM-DT的多模态仿真模型与AI算法，能预测3D打印零件的微观组织、机械性能等，并根据所预测的包含析出相的微观组织进一步预测热处理结果。正如人类的大脑可以同时处理不同模态的信息，SynaCore的数字孪生软件平台将机器、材料和工作流程同步为一个单一的自适应核心，从而减少浪费，加速创新周期。通过SynaCore，用户在打印前可通过数字孪生软件完成“虚拟试印”，显著减少实验轮次和试错成本。

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SynaCore 将于TCT亚洲展会期间首次发布其基于数字孪生体AM-DT的Adaptive Tool Path优化后的加工参数确保每一层都在最优工艺窗口内进行，持续反馈的数据包括在变形、开裂等缺陷的结果可以使AM-DT数字孪生体形成“感知-仿真-决策-执行-学习”的自治闭环，使下一轮3D打印在缺陷控制上再进化，形成‘越打越准、越打越稳’的自进化制造范式。

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从结构支架到复杂的液压阀块，工程师借助3D打印技术，优化内部结构、减少冗余材料，在保证甚至增强性能的同时，显著减轻重量。这不仅提升了能效，也为设计释放出更多空间。

 全轮驱动轮毂一体化设计

Autodesk Fusion的工程师分享了一组增材制造“全轮驱动轮毂” 案例，将不同驱动部件及其功能整合，形成紧凑轻量化设计，实现空间利用最优化。除了采用纵向拓扑优化结构外，变速箱与制动系统已实现与电动机的集成。

☑️高度功能集成：电机、变速箱、制动系统功能融合
☑️拓扑优化：材料只出现在最需要受力的位置
☑️性能不妥协：更轻、更强、响应更敏捷

这一案例为新能源汽车的先进结构设计，进一步实现减重提供了参考思路。

 案例的背后

生成式设计与优化技术通过虚实结合的原型验证，为并行工程提供系统性定量分析方法，在设计初始阶段即可实现更科学的决策。该技术不仅在性能与可靠性评估方面表现卓越，更能有效推动机械系统的持续改进。而金属增材制造技术的应用，不仅凭借无模具小批量快速制造的优势为产品设计迭代提供助力，还使得高度复杂设计的制造成为可能，与生城式设计是天然的好搭档。

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当整车轻量化成为法规要求与市场竞争的关键，铝合金在车身应用比例持续提升，一体化压铸技术正成为实现结构精简与效能突破的重要路径。在此背景下，压铸模具已从传统成型工具转变为决定技术落地规模与成本的核心环节——尤其在大尺寸、高寿命、高效热管理的模具镶件制造上，谁掌握可靠解决方案，谁就能在轻量化供应链中占据主动。

在本期3D科学谷分享的压铸模具案例中，弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）与其材料合作伙伴MacLean-Fogg及丰田汽车共同开展了一个复杂压铸模具镶件制造项目，验证了一款采用激光粉末床熔融技术和增材制造专用的新型模具钢材料制造的大尺寸增材制造模具镶件，在系列测试中表现出优于传统H13模具的服役寿命。这一项目证明，增材制造不仅可用于实现随形冷却，也具备制造大型、高承载的压铸核心部件的能力，为发展更大吨位的压铸模具提供了可借鉴的工艺参考。

 汽车行业转型带来的模具挑战

汽车行业正处于深刻转型期。成本压力与电动化转型正迫使制造商从根本上重构车辆架构与生产流程。当前趋势是减少冲压单件数量，追求以更少、更复杂的结构件实现集成。对于大型铝构件（如车身框架或传动部件），这同时提高了对模具的要求：模具需具备更高的耐热性、支持变体设计，并能快速适应新几何形状。

这一变革带来了新挑战：所需铸模不仅尺寸更大，还需具备更强的抗性、更复杂的几何造型与更短的开发周期。Fraunhofer ILT研究所与粉末材料供应商MacLean-Fogg及终端用户丰田的合作项目，正致力于解决这些难题。

© Fraunhofer ILT
增材制造大体积压铸模具随形冷却镶件，材料L-40模具钢

通过采用Fraunhofer ILT研究所开发的、具有可扩展成型空间的龙门式激光粉末床熔融增材制造设备，以及专为增材制造研发的L-40模具钢，实现了带近轮廓冷却通道的大型压铸模具增材制造——该技术适用于大体积高压压铸部件。

 克服大尺寸压铸模具增材制造挑战

随着大型铸造工艺日益普及，高压压铸对模具的要求不断提高。模具必须在极高产量下持续保证零件精度，并承受极端的机械与热载荷。为确保模具镶件具备足够使用寿命，需要为其设计复杂的内部冷却结构，而传统制造工艺无法实现此类结构。

此前，两大关键问题为增材工艺制造此类大尺寸压铸模具带来了挑战。其一，传统激光粉末床熔融设备难以一体成型尺寸达600 x 600mm²或更大的模芯；其二，现有模具钢（如H11、H13或M300）难以在此尺寸范围内实现稳定加工，即使在最优工艺参数下，仍存在开裂、热变形及机械性能不足的风险。

这些问题在激光成形过程及后续热处理中均会出现。制造过程中构件内部温度梯度越大，风险越高，并且这一效应在大体积工件上尤为显著。

© MacLean Additive

为此，项目团队需要针对大尺寸高压压铸模具需求的开发新一代设备与材料。他们通过新设备与材料实现了带自由形态冷却结构的大体积模具制造。这不仅可针对性降低铸造过程中的局部温度峰值，还能在提升模具寿命的同时为实现柔性化生产创造条件。这意味着模具基础平台可长期使用，仅需通过更换通过增材制造、集成有定制化冷却系统的核心功能模块（如型芯或型腔镶块），即可在同一套模具平台上快速切换，生产不同结构或尺寸的铸件，从而避免为每个新零件重复制造整套模具所产生的巨大成本与时间投入。

 可扩展的增材制造设备

为此，Fraunhofer ILT研究所对其开发的五激光粉末床熔融设备进行了升级，升级后设备成型尺寸达1000 x 800 x 350 mm³。与传统系统不同，该设备配备可移动加工头与局部保护气体导流系统，可在相同工艺边界条件下沿设备轴线线性扩展成型空间。本项目中通过该设备制造的镶件体积超20,000cm³，尺寸达515x485x206mm³。设备的可扩展属性，意味着未来可制造更大的模具镶件。

© Fraunhofer ILT

Fraunhofer ILT研究所可扩展增材制造设备可实现体积超过20,000 cm³的复杂高强韧模具的可重复制造。

为降低对大体积模具至关重要的温度梯度影响，团队还开发了可加热基板模块。成型平台现可加热至200°C，使每沉积层仅冷却至预设热平衡温度，而非室温。该方法显著降低热诱导应力与制造过程中的开裂风险。大成型空间、高工艺稳定性与主动预热相结合，使该系统成为全球首批适用于经济化生产近净形压铸模具的激光粉末床熔融设备之一，甚至可用于超大型铸造。

这一大型压铸模具制造案例中采用的增材制造L-40材料在制造与热处理过程中开裂倾向显著低于传统工具钢。即使在沉积态下，L-40仍具备高尺寸精度，并在硬度、抗拉强度与冲击韧性方面表现优异。全面测试已成功验证了工艺参数向新设备平台的转移适应性及其在复杂几何结构中的性能表现。

总体而言，可扩展激光粉末床熔融设备与专用材料的结合，实现了带随形冷却通道的大尺寸压铸模具的经济化、可重复生产。初步应用表明，此类模具的使用寿命较传统模具显著延长。

 量产模具的混合制造方案

在项目框架内，合作方为丰田已量产的变速箱壳体制造了增材制造模具镶件。该压铸模芯包含传统加工无法实现的复杂随形冷却通道。

© Toyota Europe

这套增材制造的铝合金压铸模具，是丰田雅力士混合动力车型变速箱壳体专用模具的组成部分。该技术被应用的原因在于其尺寸规模，以及传统钎焊工艺难度大、维护耗时长的技术挑战。

项目团队采用混合制造方案：在有垂直冷却通道的特制预制坯上进行增材制造。两个组件的精确定位与可靠连接对设备校准、精度与过程控制提出极高要求。此类混合结构能进一步缩短制造时间、降低成本，因为高成本的激光粉末床熔融工艺仅用于传统工艺无法加工的区域。

研究团队设计的复杂冷却系统可确保模具关键区域在压铸过程中有效控温，从而降低热负荷，显著延长模具寿命。在前期项目中，类似增材制造模具的使用寿命已达传统H13材料模具的四倍。

© Fraunhofer ILT

传统模具与增材制造模具使用寿命对比显示：经优化的随形冷却通道能针对性调控关键区域温度，显著降低热负荷，从而延长模具寿命。在早期项目中，增材制造模具的使用寿命已实现接近四倍的提升。

高压压铸模芯打印完成后，经过去应力退火，其功能表面采用常规铣削精加工。增材制造基体的高尺寸精度仅需进行精密终加工。

 为汽车行业开创高效耐用铸模新路径

采用增材工艺制造大尺寸铸模，直击当前汽车生产（特别是电动化转型背景下）的多重挑战。核心优势在于通过3D打印实现可自由设计的随形冷却通道可精准适配模具高热负荷区域，从而降低局部峰值温度，减少热机械磨损，显著延长模具寿命。

同时，增材制造极大缩短了交付周期。传统多部件加工与组装方式被整体式增材制造结构替代，为整车制造商带来更短的开发周期与更快的新平台投产速度。

混合制造技术为大体积模具创造了额外灵活性。具备标准化接口的功能模块可高效集成与优化，无需重新制造整个部件，既节约材料又降低单套模具成本。

对于丰田等致力于柔性化生产、追求部件整合与结构优化的汽车制造商，该项技术发展为模具策略开辟了新可能：降低模具制造成本、延长生产周期，并实现单套模具的多品种柔性生产。

本项目成果证明了由大尺寸激光粉末床熔融系统、创新材料与混合制造构成的完整工艺链能够满足大型压铸领域的模具制造应用。

Fraunhofer ILT研究所表示，这一工艺链不仅适用于大型铝压铸模具镶件，还可拓展至塑料加工与复合材料领域。在任何需要高负载模具、复杂冷却且批量有限的场景中，增材制造都将提供显著优势。

当前，中国新能源汽车的一体化压铸应用正从后地板向电池壳体、前舱总成等扩展，零件投影面积逐步增大，壁厚进一步减薄。国内已具备7,000–12,000T级压铸岛供应能力。我国在模具增材制造领域已取得阶段性进展：国产大尺寸激光粉末床熔融设备（成型尺寸超600mm）逐步普及，“传统基体+增材功能件”的混合制造模式已成为行业关键实践，并初步形成了涵盖仿真设计、工艺控制与后处理的数字链能力。未来，系统化开发适用于增材制造的大尺寸模具材料、提升米级幅面工艺稳定性、构建从设计到验证的完整技术链条，将推动一体化压铸技术规模化应用，为整车轻量化提供稳定可靠的制造基础。

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在汽车设计与制造的持续优化中，用户对驾乘体验的关注不再局限于动力性能与基础配置，而是延伸至车身各个细节的质感与表现。车门铰链作为影响车门开闭手感与长期使用耐久性的关键部件，其设计在保证功能可靠的基础上，还需进一步兼顾轻量化、强度与外观品质，以更好地匹配用户对车身细节体验与整体质感的追求。

铂力特以高性能钛合金材料为基础，结合拓扑优化结构设计，打造了兼顾轻量化、高强度与优秀外观表现的钛合金汽车门铰链，并于德国Formnext 2025展会现场展出。

车门铰链由叶片与基板组合构成，均采用BLT-S-Ti64钛合金粉末制造。其中，叶片尺寸为263mm×207mm×132mm，重量约2.43kg；基板尺寸为247mm×242mm×117mm，重量约1.02kg。相比传统采用铸铝或铸铁工艺的同类零件，该钛合金铰链在保证结构强度与使用可靠性的前提下，实现了整体减重约50%，为零件轻量化与动态性能提升提供了支持。

钛合金汽车门铰链组件

01 高性能粉末与设备智能控制，赋能车门铰链高效制造

为满足车门铰链复杂结构的一体化成形要求，该产品选用了铂力特自主研发的BLT-S-Ti64钛合金粉末。该粉末在成分控制、粒度分布与球形度等方面表现优异，具备良好的流动性、铺粉均匀性与高成形精度，可兼容铂力特全型号PBF-LB/M设备。在此基础上，BLT-S400进一步确保了铰链制造的稳定性与效率。BLT-S400搭载1V4粉末循环系统，结合专利的单刀双向铺粉技术与智能铺粉策略，配合内置的智能校准系统与优化风场设计，保障了高效、稳定的打印过程与成形质量，为汽车零部件的大批量生产提供了可靠保障。

02 拓扑优化实现轻量化结构，成就“轻而强”功能目标

针对零件实际使用工况与载荷条件，该车门铰链采用拓扑优化精细设计内部结构，在满足强度、刚度及装配精度等功能要求的前提下，对材料分布进行优化，精准去除冗余部分，实现减重约50%的轻量化目标。这一优化设计有效提升了材料利用效率，降低了整车簧下质量。同时，优化后的结构依然保持了良好的力学性能与疲劳耐久性，确保铰链在长期使用中的稳定性和可靠性，实现“轻而强”的功能目标。目前，该车门铰链已通过各项检验和测试，所有结果均符合设计标准与要求，验证了其具备批量生产的条件与可靠性。

金属增材制造技术的让汽车零部件设计突破传统限制成为可能，实现更轻、更强、更一体化的制造。未来，铂力特将持续深化金属增材制造技术在汽车领域的应用，致力于为行业提供更高效的轻量化制造方案。

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面向未来汽车制造范式的突破性探索。

在10.14-10.16举办的EuroCarBody2025欧洲车身大会上，比亚迪现场展示了全球首创的集成化3D打印仰望U9X高性能车身。该车身一亮相便受到全场瞩目，拿下专业评审组评分第一的成绩。此前，仰望 U9X已于德国纽伯格林北环赛道进行了长期的性能开发测试，并在德国 ATP 测试场以496.22km/h 的成绩打破世界量产车极速纪录。10月21日，仰望宣布U9X正式以6′59″157 的圈速成绩正式成为纽博格林北环赛道最快量产纯电动汽车，成为全球首个同时打破极速和圈速世界纪录的超级跑车。

仰望U9Xtreme(U9X)车身3D打印技术的研发历程，是一次“面向未来制造范式的突破性探索”，背后凝结着比亚迪与铂力特两个团队的技术突破与创新智慧。3D打印技术为车身结构带来了高度的设计自由与集成化。得益于该技术，车身在实现赛道级高刚度与优异碰撞安全性的同时，也达到了行业领先的轻量化水平。铂力特拥有多年的汽车领域工程化零部件的打印开发经验，可提供从结构优化到零件打印、后处理、检验检测的一站式解决方案。十余年结构优化设计经验、大幅面3D打印设备、高强度铝合金可成形材料等，促成零件的开发和交付。

轻量化和高度集成化是U9X车身的突出技术特点；通过拓扑优化设计，利用空腔与筋条协同加强；该设计在同等质量下，其扭转刚度相比于实心结构提升超200%，实现重量与强度的按需分布，为安全性与轻量化奠定了坚实基础。由铂力特3D打印工艺成形的高强度铝合金车身，较传统方案减重超30%。

整车车身结构图

车身零件结构图

车身零件采用BLT-S1000和BLT-S615、BLT-S815设备一体化打印，实现零件快速交付。在打印精度方面，铂力特大尺寸控形技术稳定，打印毛坯90%以上区域误差可控制在±0.5mm。铂力特目前大幅面设备（成形幅面450mm×450mm×500mm以上）超200台，凭借稳定的多设备协同与成熟的工艺体系，确保了跨设备、跨批次产品都具有性能一致性，为高端零部件制造提供了产能与质量的双重保障。

BLT-S1000设备

除车身外，铂力特也向仰望U9X交付了20套卡钳，该产品已完成纽北赛道测试。卡钳零件在原方案基础上，通过拓扑优化减重20%-30%，并将油路管路和嵌体一体打印，此举不仅减少了装配环节，同时还改善了其在极限状态下的耐久性与可靠性；卡钳变形目前尺寸可控制在±0.5mm，后卡钳可控制在±0.3mm；零件致密度＞99.5%，射线检测下无缺陷。

比亚迪和铂力特的成功合作，是金属3D打印技术在汽车领域的又一标杆案例，是证明金属3D打印技术在汽车领域大有可为的有力支撑。未来，铂力特将不断突破边界，为汽车智造提供更多可能性。

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新能源汽车的生态系统是开放的，是变化和动态的。传统汽车从设计定型到新车出厂通常需要三年时间，在此期间针对这些零件生产的工艺与供应链都进入到了固化状态。而像特斯拉这样的车企，其软件几乎每个月都会更新，数字化的基因可以说根植在新能源制造领域的血液中。这种快速迭代的特性对制造技术提出了更高要求——既要满足复杂结构的设计自由度，又需缩短开发周期以适应频繁的技术升级，这为3D打印技术的应用提供了天然土壤。

砂型3D打印技术通过将增材制造的灵活性与传统铸造的材料适应性相结合，既能突破传统模具对设计的束缚，实现复杂流道、薄壁结构的一体化成型，又能依托成熟的铸造工艺保障零部件的力学性能，从而在新能源汽车零部件制造中展现出独特的技术价值。

voxeljet-维捷的“砂型3D打印+快速铸造”技术凭借大尺寸成型、高精度和材料兼容性优势，正在重塑新能源汽车核心零部件的制造范式。该技术通过突破传统模具限制，在复杂结构制造、快速迭代和轻量化设计方面展现出价值，已实现从原型开发到批量生产的全流程渗透。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

电机外壳与定子组件

定子温度从60°C降至40°C的时间缩短约70%

在电机系统领域，该技术实现了革命性突破。通过直接成型内置随形冷却通道的电机外壳，散热效率提升30%的同时减重15%。以苏州美迈科技项目为例，传统需要分拆组装的冷却管道被一次性整体成型，不仅消除泄漏风险，更省去氦气检测环节，显著降低制造成本。

水道壁厚由5mm降至1.5mm

电池包与热管理结构

电池系统制造方面，维捷技术展现出多维优势：为Ethec电动摩托车开发的电池外壳集成硅油流动通道，使电池组温度均匀性提升，循环寿命延长20%；采用陶粒砂材料3D打印砂型制造的电池模组支架实现1.5mm超薄壁厚，通过拓扑优化设计满足严苛振动标准；整体电池包壳体减重达30%，并实现支架一体化成型。

底盘与车身结构件

底盘结构件的制造取得重大突破。VX4000【4m×2m×1m】大型3D打印设备直接成型副车架砂型，通用汽车供应商TEI应用该技术实现了功能集成设计，将40个冲压件整合为6个铸件，减重25%的同时提升抗扭刚度18%。悬挂部件采用仿生蜂窝结构设计，在保持强度前提下实现40%的减重突破，良品率提升至95%以上。

动力系统核心部件

动力系统制造效率显著提升。湖州美迈科技通过该技术45天内完成混动发动机缸盖三种方案的样件交付，较传统工艺缩短周期60%。变速箱壳体复杂油路（最小直径2mm）一次成型，表面粗糙度Ra≤6.3μm，机加工量减少50%，耐压性能达30MPa。

混动发动机缸盖与水套砂芯

01 生产效益与成本优化

在经济效益方面，维捷技术展现出独特优势：电机外壳开发周期从2个月压缩至3周，迭代效率提升80%；小批量生产（≤1万件/年）可省去单套200万元的模具成本；与Loramendi合作的自动化产线实现每周数千砂芯的稳定输出，设备稼动率超90%。

02 材料与工艺创新

冷无机IOB技术降低能耗40%且零VOC排放；VXMB19陶粒砂3D打印砂型耐受1600℃高温，免除抛丸处理工序。随着VX9000【9m×7m×1m】等大型设备的应用，该技术正加速向电池包下壳体等大型结构件领域拓展，推动新能源汽车铸件向”无模化”深度转型。

无机粘接技术

voxeljet-维捷砂型3D打印技术通过释放设计自由度、重构生产流程，已成为新能源汽车轻量化与性能提升的关键推手之一。随着该技术在电机、电池、底盘制造中的应用走向成熟，增材制造也向新能源汽车制造规模化应用迈进了一步。

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Droog Moto 014越野摩托车起售价为45,000美元

Droog Moto对创新的执着追求，以及对每台摩托车进行个性化定制的服务理念，使得原型制作成为其业务流程中的核心环节。缩短原型制作时间不仅意味着显著的成本节省，还能加快产品从概念到市场的转化速度，进一步巩固其在定制摩托车领域的领先地位。

1.原型开发周期长：传统的原型制作方法耗时较长，相较之下，3D打印技术显著缩短了这一过程。Droog Moto的联合创始人Max Droog表示：“我们不喜欢太多的等待时间，尤其是在努力跟上进度并开发新组件时。”

2.高性能材料的打印限制：摩托车所需的组件既要坚固又要轻便，因此需要使用如碳纤维等高性能材料。然而，碳纤维的3D打印速度通常较慢，难以满足快速开发的需求。

3.小批量生产的成本效益：对于小型企业而言，在快速原型制作和小批量生产终端部件的需求下，平衡生产成本仍然是一大挑战。

为应对这些挑战，Droog Moto选择了 Raise3D Pro3 Plus HS 打印机。该设备专为处理复合材料设计，能够以高达 300 mm/s 的速度打印。

支持碳纤维材料在内的多种高性能复合材料，如Hyper Core 速聚芯™ 系列 ABS CF15/PPA CF25等，可以实现高性能工程塑料连续生产。这在制造强度高且轻量化的摩托车部件方面至关重要！

Droog Moto将 Raise3D Pro3 Plus HS 集成到其原型制作和开发过程中，其高速打印能力使原型的快速迭代成为可能。使用专为 Hyper FFF® 技术定制的 Raise3D Hyper Speed PLA 材料，保证了打印的速度和原型质量。

相比其他3D打印机，Raise3D Pro3 HS系列的300 mm/s 打印速度显著缩短了制作时间，Max Droog表示，“这比其他打印机快了大约四倍，尤其是在打印碳纤维材料时。”

Raise3D Pro3 HS 的高速碳纤维打印能力使Droog Moto能够生产符合摩托车性能标准的终端部件，如外壳、过滤器及其他机械和美观组件，完美满足了摩托车部件在强度与轻量化方面的双重需求。

Droog Moto成功利用 Hyper Core ABS CF15 材料打印了摩托车的终端磁性盖。Max Droog表示：“该部件的磁性插入孔位精准无误，质量也完美无瑕。相比传统ABS打印需要降速，通常每秒只能达到40到50毫米，Pro3 Plus HS 以其高效性轻松完成了这一任务。”

Raise3D Pro3 HS 系列的应用为Droog Moto的摩托车生产带来了全面的效益，无论是在原型开发还是终端部件制造上，都展现出了其卓越的性能。

• 提高生产效率：Raise3D Pro3 HS 系列的高速打印技术显著减少了Droog Moto原型制作的时间和成本，加快了产品开发流程。其接力打印功能支持连续打印高达5kg材料而无需中断生产，从而提高生产效率并减少人工需求。

• 灵活生产能力：Raise3D Pro3 HS 系列优化了复合材料打印，使得单一设备能够灵活应对从原型到终端部件的生产需求。随着高性能材料的不断推出，Pro3 HS 系列进一步拓宽了其在高端制造领域的应用，为用户提供了更广阔的创新空间。

• 尺寸精度与高速打印两者兼得：Raise3D Pro3 HS 系列在保持高速打印的同时，并未牺牲尺寸精度。其 Hyper FFF® 技术结合高流量热端和主动减震算法，使得打印机能在300 mm/s 的速度下稳定工作，而闭环步进电机则加强了挤出机的控制精度。

新型打印平台的均匀磁力附着力减少了模型翘曲，优化的光轴结构和坚固的全金属框架进一步提升了稳定性和定位精度，共同确保了打印件的高质量。

随着3D打印技术的不断进步，Raise3D Pro3 HS 系列预计将在摩托车行业中扮演越来越重要的角色。从快速原型制作到终端用途部件的生产，Raise3D 的技术将持续推动摩托车行业的创新与效率提升，为行业带来更加广阔的发展前景。

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3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

3D打印是一种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造。

▲ 3D打印在汽车领域的应用挑战
© 3D科学谷白皮书

 速度与功能性的选择

Speedhut 公司是一家在汽车仪表盘改装市场上崭露头角的公司凭借其高端组件和前沿制造工艺，Speedhut致力于支持仪表盘的个性化定制，为每一位车主提供掌控自己驾驶体验的机会。

从设计、电路到编程和组装，每一项工作都是由 Speedhut 位于犹他州北部的工作室里的工匠们精心制作。Raise3D 的3D打印技术在这一创新过程中扮演了至关重要的角色，彻底革新了 Speedhut 工程师在从原型开发到批量生产的整个高质量仪表盘制造流程。

在 Speedhut 的开发过程中，原型设计是至关重要的一环。Raise3D E2 成为测试仪表组件适配性和外观的重要工具。3D打印零件的高精度使工程师能够更直观地查看产品，这是仅通过数字手段往往难以实现的。

借助大尺寸的构建体积和与工程级材料（例如ABS和碳纤维增强PET）兼容的优势，Speedhut 的工程师能够以无与伦比的精确度将他们的想法变为现实。

Speedhut 工程师 Jonny Wachter 表示：“有时候我们会打印出一个类似仪表圈的东西，让大家亲自感受其实际效果。因为在计算机上的3D环境中很难传达这种感觉。每个人似乎都喜欢亲自感受一下。”

为了高效地提供高质量产品，Speedhut 利用 Raise3D 3D打印机进行小批量生产，这些打印机已被证明是经得起繁忙生产线严格要求的耐用机器。

打印的组件，包括表圈和焊接夹具等表现出色，使用寿命超过一年无需更换。特别是 Raise3D 的 ABS 线材，进一步提升了生产部件的耐用性和可靠性。

Wachter表示：“我原本预计每几个月就需要重新打印很多夹具和固定装置，因为我们的生产线用量很大，但实际上它们的表现非常好。自从我们引入这些工具以来，我已经一年多时间没有重新打印任何部件了。”

Raise3D 3D打印机在速度和多功能性方面表现出色。Speedhut 的工程师发现这些打印机既快速又可靠，使他们能够在紧迫的期限内优化生产时间表。凭借7×24小时不间断运行的能力，这些打印机确保了持续的生产力。

此外，Raise3D 3D打印机兼容多种材料，使 Speedhut 能够尝试不同材料，包括需要高强度、高模量和高尺寸稳定性的 PET CF 线材。Raise3D 3D打印机提供了在多样化制造场景中实现卓越成果所需的灵活性和性能。

除了出色的硬件外，Raise3D 还为用户提供简化的软件系统，便于用户采用新材料、改进切片、安排打印计划和监控打印任务。ideaMaker® 拥有直观的用户操作界面，赋予专业用户更高的自由度。

RaiseCloud 允许 Speedhut 的工程师能够在手机上实时远程控制和监控整体打印条件和状态，并可以连续多任务安排产品，提升项目的打印效率。

Wachter表示：“这是一个很好的程序，非常易于使用。我喜欢它既可以连接云端，还可以连接到我的手机。当我不在办公室时，可以通过摄像头检查正在进行的打印作业，确保一切顺利。”

Raise3D 3D打印机以其精度、速度、耐用性和材料兼容性，成为Speedhut工程师在汽车后市场改装仪表盘创新、原型设计和生产过程中的理想选择。

Speedhut 的成功案例证明了 Raise3D 3D打印机在汽车行业中的巨大潜力。无论是原型设计还是生产线优化，Raise3D 都提供了必要的工具，帮助企业将创新想法变为现实。加入Speedhut等行业领导者的行列，利用 Raise3D 3D打印机的力量，开创汽车行业的新篇章。

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根据公安部交通管理局的统计数据，截至 2023 年底，全国新能源汽车保有量达到 2041 万辆，占汽车总量的 6.07%。仅在 2023 年，就有743 万辆新能源汽车登记注册，同比显著增长 38.76%。

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电池支架作为承载并保护动力电池的主要构件，具备电池系统支撑、散热、防撞、防底部接触等重要功能。它在新能源汽车中属于最为重要的大型部件，在电池组系统里占据关键地位。目前，企业所使用的铝合金电池支架，存在重量大、成本高的严峻问题。再者，这些电池支架需承受重载。然而，铝合金的疲劳性能仅为钢的一半，其弹性模量仅为钢的三分之一，所以在设计层面存在很大的优化空间。

▲3D Systems先进的生成式设计和拓扑优化软件，工程师可以设计具有有机几何形状的支架、连接器和其他部件。

伴随电池组能量密度的市场需求逐步提升，尤其是在新能源纯电动汽车的情境下，车辆总质量降低 10%，电力消耗就会降低 5.5%，续航里程则增加 5.5%，因此我们对于电池组支架开展更多轻量化设计优化的需求愈发迫切。

3D打印技术涉及到运用专门的软件对三维模型实施切片分层，生成横截面数据，而后将其输入快速成型设备。这项技术采用逐层制造的方法来制造实体部件。鉴于这种增材制造手段，3D打印能够高效地生产近乎任何几何形状的部件。其优势涵盖能够处置单件或小批量生产、适应复杂的几何构造，并实现密集的部件组织。凭借3D打印技术的上述优势，其在新能源电动汽车电池组支架开发中的应用，对于加快开发周期以及降低相关成本具备极大的潜力。

周口师范学院机械与电气工程学院的张国庆博士在Scientific reports期刊发表了《Optimization design of battery bracket for new energy vehicles based on 3D printing technology》，在3D打印技术助力下，探究了新能源电动汽车电池组系统的性能强化潜能。

▲论文链接:
www.nature.com/articles/s41598-024-64393-x

 材料和方法

l 设计方法

电池组支架的轻量化策略主要包含轻质材料的应用以及轻量化结构设计的施行，电池组支架的轻质材料应用涵盖铝合金、高强度钢以及复合材料的采用。在众多选择里，鉴于铝合金材料的轻质特质，其成为主流之选。针对于轻量化结构设计，例如碰撞减震、散热、防水、防尘以及绝缘等方面的要素务必予以考量，尤其是在下支架设计方面。就国内纯电动汽车而言，轻量化设计通常涉及降低支架底部的厚度，同时在支架下方融入轻质孔洞来达到预期效果，拓扑优化设计正是基于上述原则。

▲某种电动汽车的电池组系统

l 制造和分析方法

由于此设计旨在开发高性能的轻量化电池支架产品，因此在产品开发阶段属于小批量零件生产的范畴。传统的制造方法，如机械加工、铸造和焊接会极大提高成本，主要依靠3D打印来制造这类复杂零件。为此，使用了联泰科技的Lite600工业高精度3D打印机。

3D打印的支架、外壳和轻量化电池支架需要先表面处理，进行支撑去除，接着用砂纸进行粗抛光，最后用抛光布进行抛光。表面处理过程完成后，将完成的电池组系统组件进行组装以验证配合度。

l 电动汽车下电池托架的强度分析

为便于分析，将设计的下支架模型按比例缩小 0.2 倍。采用 Inspire 软件对下支架进行强度分析。具体的模拟参数如下：导入零件后，单位设置为毫米、千克、牛顿和秒，分析材料为铝合金Al 6061。由于电池支架上的力主要来源于电池，并且此模型中电池的重量约为 100 千克，因此确保电池安装的可靠性十分重要。

因此需要系统且全面地研究电池支架在诸如颠簸道路和急转弯等典型工作条件下的受力情况和变形情况。为了模拟电池支架在颠簸道路条件下的承载能力，在支架底面（Z 轴方向）垂直施加5倍电池重力的表面载荷。考虑到模型按比例缩小，该载荷约为 980 牛顿。固定孔被约束，并选择“更准确”的计算速度/精度进行单载荷分析，同时将分析单元尺寸设置为 5 毫米。

▲电动汽车电池托盘的装载和固定位置

基于前期所述的分析参数设定，将下电池托盘支架的初始模型导入 Altair Inspire 软件开展初始强度分析。经观察可知，下托盘支架的最大位移为1.62 毫米，依据位移分布规律，最大位移出现在电池支架的中心部位。最大米塞斯等效应力为 182.90MPa，体现出存在一些不均匀的应力分布状况，最高应力主要集中在电池支架向上折叠的凸耳部分。此外，最小安全系数大于 1.3，测定的质量值为 0.685 千克，弹性模量为 1.11 MPa，以上各项均满足设计强度标准。鉴于安全系数与弹性模量，在质量减轻方面依旧存在显著潜力。

▲电池载体的受力分析结果：（a）位移云图；（b）应力云图；（c）安全系数。

l 下电池托架的拓扑优化设计分析

为拓展新能源汽车电池托盘下支架的设计潜力，于开展拓扑优化设计之前，预先对电池托盘下支架的轻质孔进行填充可谓至关重要。在拓扑优化改良前后，为下托盘支架设定相同的力分析参数。在 Altair Inspire 软件里，将电池托盘除固定孔以外的部分指定为设计空间，于图4 中以红色凸显，其余部分视作非设计空间，于（a）中以灰色展现。为达成最优的拓扑优化成果，对电池托盘部分实施了形状控制。鉴于该模型的形状特性，设置了对称 + 单向拉出约束。优化目标确立为最大化刚度，质量指标为 30% ，优化的厚度限制为5毫米。

▲拓扑优化参数设置：（a）填充模型；（b）负载和约束设置。

铝合金电池下托盘支架的拓扑优化结果于如下图呈现，从中可观察到托盘在拓扑优化后展现出树枝状结构，诸多区域依旧未相连。即便通过调整平滑结果滑块尝试对这些缺陷予以优化，却发现毫无成效，以致难以执行 PolyNURBS 拟合。再者，鉴于模型本身所固有的复杂性，手动重建亦不可行。正因如此，怎样在保证新能源电动汽车电池组托盘的可加工性之时，切实化解与拓扑优化后模型重建相关的挑战，依然是当前新能源电动汽车电池组托盘轻量化设计的一个阻碍。

▲电池托盘拓扑优化结果：（a）调整前；（b）调整后

l 拓扑优化部件的重建解决方案

基于对拓扑优化后的电池托盘支架结构的进一步分析，托盘支架呈现为树枝状形态，枝干相互交织。传统的逆向重建方法被证明无法取得理想的重建效果。在此研究基础上，相应地提出了一种基于图像的逆向重建方法。该方法包括将拓扑优化后的模型导出为图像，并在其他 3D 软件中运用切割技术去除枝干，保留主干。这种方法以实现拓扑优化模型的可加工性，并在必要时允许重新设计。

为验证该方法的有效性及可行性，将导出的图像和模型同时导入 3D 建模软件 Rhino 6 中进行划线和切割。随后通过布尔运算进行切割，由此可以了解到重建的电池支架结构清晰。支架的下部能够通过冲压制造，而凸耳可以通过铣削或冲压生产。可以使用焊接将支架和凸耳连接起来，以符合企业要求并实现大规模生产。

▲拓扑优化模型的重构：（a）图像和模型的导入；（b）切割线的划分；（c）重构效果。

l 拓扑优化模型的 RecStrength 校准

为便于分析，电池托盘支架的重建模型以 0.2 倍比例缩小。运用 Inspire 软件对电池托盘支架进行强度分析的拓扑优化。具体的模拟参数包括：在导入部件后将单位设定为毫米、千克、牛、秒，并选取铝合金 Al 6061 作为分析材料。作用于电池托盘支架的力主要源自电池，于模型中预估其重量为100 千克。为确保电池安装的可靠性，有必要深入探究电池托盘支架在典型工况（如颠簸道路和急转弯）下的受力和变形情形。

为模拟电池托盘支架在颠簸道路条件下的承载状况，在托盘底面（Z 轴方向）垂直施加相当于电池重力 5 倍的面载荷。鉴于模型的缩放系数为 0.2，该载荷约为 980 牛。载荷于固定孔处受到约束，将计算速度/精度设置为“更准确”，并选择工作条件为单载荷条件分析。

▲电动汽车电池拓扑优化托盘的负载和约束位置

此外，最大米塞斯等效力矩的测量值达 240.7 MPa，相比未开展拓扑优化之时有所提升。不过，底部的分布更为均匀。将最小安全系数设定为 1，符合设计要求。历经拓扑优化后，支架的质量记为 0.348 kg，显著低于未优化前的 0.656 kg，降幅达 50.8%。需要留意的是，在缩放前，支架的初始质量为 85.63 kg，优化后减少了 50.8%，这表明支架的质量减轻了 42.07 kg。模量的测量值为 0.75 MPa，相较于未优化前下降了 67.6%。电池托盘底部的拓扑优化设计意在保证强度与安全性能的基础上降低整体质量，同时保证制造成本处于合理范畴，进而在安全和经济考量之间达成平衡。

▲电池载体的受力分析结果：（a）位移云图；（b）应力云图；（c）安全系数。

l 拓扑优化模型的装配分析

在装配过程中，首先借助 Altair Inspire 软件将几何重建模型导出为“.stp 格式”。而后，把重建模型导入 Rhino 6 软件，在其中用优化后的电池托盘支架替换原始模型的下托盘支架进行装配。在进行全面检查装配冲突后，确认各结构之间不存在冲突。固定支架能通过焊接与电池下托盘支架无缝衔接。另外，电池托盘支架可通过冲压实现批量生产。这种制造方法不但满足企业对可焊性、耐腐蚀性以及抗冲击性的要求，还契合自动化和大规模生产的需要。

▲电池组、托盘和支架的装配效果

 拓扑优化模型的3D打印和装配验证

l 3D打印部件的数据处理

在一定程度上讲，于零件加工里运用3D打印技术能够显著地缩减产品开发周期，并且降低相关成本。在 3D打印流程中，用于放置零件以及添加支撑的各类方法会引发各异数量的支撑和成型层厚度，这或许会对零件生产的质量与效率形成直接作用。更为关键的是，电池包系统零件最初被导入至 Materialise Magics 22 软件之中。具体而言，成型零件与基板间的角度设定为75°，用于尽可能削减特别是在上托盘、下支架和下托盘支架的内部等重要区域过度添加支撑的需求。

对下图中a、b 加以观察，可以发觉3D打印完毕后电池包托盘和支架组件的表面光亮，而且粗糙度较低。确切而言，表面未呈现显著的悬垂熔渣。此外，不存在明显的翘曲或变形缺陷。虽说在固定孔等部分区域增添了一些支撑，或许会对表面光洁度产生一定轻微影响。但仍处于可接纳范围内。其后，把成品零件自基板上拆卸下来，同时开展诸如去除支撑、抛光、打磨、去除表面毛刺以及用酒精清洁等后续处理任务来达成最终的零件模型。

▲3D打印电池包装分析：（a）上托盘；（b）下托盘；（c）下托盘支架；（d）整体组装效果。

如图中c、d 所呈现的组装完成的 3D 打印电池包托盘和支架明确显示，上述两部分彼此紧密贴合，这两部分之间不存在显著的装配矛盾。该观察结果表明，所设计零件的尺寸精确性和对齐程度符合规定要求。

 结论

(1)拓扑优化后的电池托盘支架最大位移为 3.20 毫米，高于拓扑优化前的情况。不过，其改善程度未达预期理想水平。最大米塞斯等效应力为 240.7 兆帕，较拓扑优化前有所升高，然而该应力在底部的分布更为均匀。最小安全系数1 满足设计要求。0.348 千克的质量相较拓扑优化前降低49.2%。拓扑优化后的电池支架最大位移同样为 3.20 毫米，低于优化前，降幅达 49.2%。

(2) 经过几何重构的电池支架结构明晰。支架下部能够借助冲压方式制造，而凸耳能够通过铣削或者冲压工艺予以生产。可运用焊接手法将支架与凸耳进行连接，以此满足大规模生产的需求。

(3) 通过3D打印的电池包托盘和支架部件能够形成具备超低粗糙度的光亮表面。换而言之，在打印表面未能观测到显著的渣块、翘曲、变形或者其他缺陷。在进行组装时，3D打印的电池包托盘和支架验证件相互之间展现出紧密对齐的状态，组件之间不存在显著的装配冲突。

为了增强新能源电动汽车电池包系统的综合性能，后续的实验至关重要。这类实验或许涵盖电池采用高性能冷却水路的3D打印、电池系统抗冲击能力的评定以及其他相关研究。这些举措旨在为优化设计及量产高性能轻量化的电池包系统筑牢根基。

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