谷专栏是3D科学谷内容板块：谷前沿、谷透视、谷研究、谷专栏这四大板块之一。谷专栏基于3D科学谷愿景：贡献于制造业附加值创造，贡献于人类可持续发展。其目的是通过携手科研机构、科学家、企业研发与应用团队，与业界分享对推动增材制造发展起关键作用的共性基础科研与应用成果。
目前常用车型的轮毂多为铝合金材质，铝合金轮毂从生产工艺上大致可分为铸造和锻造两种。铸造工艺技术相对简单，成本比较低廉，造型相对常规，是量产轮毂的首选生产工艺。而锻造轮毂，耐疲劳性、拉伸强度、重量等性能指标好于铸造轮毂，其制造工艺是通过锻造完成基础胚体生产再进行机加工、切削等后续处理完成成品。
除了常规轮毂产品之外，国内一些大型轮毂生产企业也接受锻造轮毂的个性化定制服务。同时，3D打印个性化汽车轮毂也是目前汽车领域中一项颇为引人注目的应用。
本期的谷.专栏文章，将通过安世亚太的汽车轮毂创成式设计案例，来解析创成式设计怎样实现个性化轮毂的设计，以及创成式设计怎样与锻造、铸造、增材制造-3D打印技术相结合，完成个性化轮毂的落地生产。
常规轮毂的设计
首先，从常规轿车铝合金轮毂入手。常规轮毂一般分为轮辋、轮辐和与车轴链接安装盘三个主要部分。
轮毂各部分构成
轮毂的主要参数
其中轮辋部分主要与轮胎固定，规格参数与轮胎紧密对应。在该案例中，设计师将轮胎尺寸，轮缘宽度代号等基本信息作为参数输入，构建参数化轮辋模型即可得到相应轮辋选型数据模型随时调用。
后续将轮毂安装的偏距ET值作为参数输入建立轮辐面。用户可以根据自身车型实际偏距选择适合轮毂胚体。
基础轮辐面构建
此步骤创成式设计轮辋+轮幅面轮毂胚体模型，就可以作为锻造生产轮毂胚体数据，用户输入相应规格，生成厂家锻造生产所需胚体模型，简化锻造定制设计难度和用户定制技术门槛。
锻造轮毂胚体
胚体锻造过程
下一步就可以在安装面增加螺栓孔节圆直径PCD、安装盘直径，中心孔直径、螺栓规格等选项完善安装盘选型部分创成式程序设计。
安装规格信息输入
接下来就是轮辐部分设计，围绕轮辐辐条大小、形状、个数加入控制元素可以更改基本辐条造型，添加单支辐条不同特征就能得到一些相对常规轮辐样式。
轮辐辐条的变化
轮辐添加变化元素衍生出的可加工样式
通过创成式设计生成的常规辐条样式轮毂模型，可以运用铸造、锻造的形式完成定制轮毂的落地生产。通过创成式设计方法归纳轮毂基本特征数据，生成形态样式数字模型可以涵盖常见规格，能够简化量产轮毂设计过程，为后续生产提供便利。
个性化轮毂创成式设计及落地生产方式
在实际产品化的常规轮毂设计中是有固定数据包约束，包含工艺要求，倒角、间隙、厚度、强度、法规等诸多限制条件来保证轮毂产品安全可靠性能，加上常规生产工艺限制。其实普通定制轮毂能够落地的样式并不多。
通过创成式设计更改参数得到的轮辐造型相对千变万化，想要完成一款独一无二定制轮毂产品落地，就需要进行更多的尝试。
创成式设计产生不同轮辐样式的整体轮毂造型
在创成式设计产生的万千变化中，可以挑选适合造型完善模型。用仿真验证，模拟实际使用中不同工况进行仿真验证。
部分工况条件设置
部分仿真验证结果展示
通过不同工况下仿真验证的结果，对创成式设计产出的不同造型方案进行筛选。
在保证不同工况条件下，强度满足要求的前提下，进一步对创成式生成轮毂造型进行拓扑优化，进行零件减重，减少用料，降低生产成本，提高轮毂相关性能，得到完整轮毂设计方案。
拓扑优化后定制轮毂方案
通过创成式设计、仿真验证筛选、拓扑优化的定制化轮毂方案保证了外观的多样新颖，满足不同工况下性能要求，还具备比常规方案更为轻量化优点。
但是这类设计无论通过铸造亦或是锻造工艺就很难实现生产了。如果希望充分利用以上先进设方式在产品设计优化上的潜能，将设计结果落地成为实际产品，从而满足最终用户更为丰富的定制化需求，那么可以考虑借助增材制造技术，完成定制化轮毂的生产步骤。
通过3d金属打印完成定制定制轮毂实物
实用新型专利号：ZL202920214026.4
定制轮毂平台服务流程与制作环节图片
如果设计方案具备铸造量产的潜力，则可以通过选定参数生成数据模型，完成量产轮毂设计方案快速3D打印铸造模具生产试模工作，缩短产品设计开发周期。
锻造定制轮毂用户可以借助这套规则选定型号生成锻造胚体，添加辐条样式，快速完成个人定制方案，简化定制流程。与此同时还能有效降低用户与定制服务企业过程中沟通门槛，提高效率，减少定制服务企业所需人力。
白皮书下载，加入3D科学谷QQ群：106477771
网站投稿请发送至2509957133@qq.com
欢迎转载，转载请注明来源3D科学谷，并链接到3D科学谷网站原文。
