通過摩托車化油器的一體化設(shè)計來領(lǐng)略增材思維（DFAM）的個中奧妙
發(fā)布時間：
2023-01-11 12:45
增材制造(3D打印)可以從0到1的創(chuàng)造出一個前所未有的零部件，也可以對原有零部件進行再制造，為它們帶來新的附加價值，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)計密不可分，增材思維(DFAM)是開啟3D打印潛力的鑰匙。然而骨感的現(xiàn)實是，大多數(shù)設(shè)計師是在傳統(tǒng)減材制造教育中成長的，受到原有制造文化所形成的抗拒力，將傳統(tǒng)設(shè)計思維轉(zhuǎn)換成為增材制造而設(shè)計的思維模式并不是一件簡單的事情。
本期，3D科學(xué)谷與谷友通過一個摩托車化油器的設(shè)計來領(lǐng)略DFAM的個中奧妙，該設(shè)計將一個由多個組件組成的設(shè)計優(yōu)化為一個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。來源：Cassidy Silbernagel
仿真驅(qū)動設(shè)計
典型的化油器上部分有進氣口和浮子室，中間部分有喉管、量孔和噴管，下部分有節(jié)氣門等。浮子室是一個矩形容器，存儲著來自汽油泵的汽油，容器里面有一只浮子利用浮面(油面)高度控制著進油量。中部的噴管一頭進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O形圈密封后進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。來源：Cassidy Silbernagel
摩托車化油器看起來非常復(fù)雜，通過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化油器流動。通過化油器流動的空氣將會帶動燃料，接著燃料將會與空氣混合。
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的收縮部分，加速流動的空氣引起化油器里面的氣壓降低。
空氣是通過空氣濾清器進入化油器，基于進氣阻力不能過大和其他因素的考慮，過濾裝置不能過于致密，因而空氣中的部分微小雜質(zhì)仍會通過空濾器進入化油器中。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)計帶來了一定程度的挑戰(zhàn)。
對于浮子的設(shè)計，案例中的設(shè)計師使用了Altair Inspire軟件。通過該軟件運行了多次迭代，獲得了理想的浮子的設(shè)計。
增材思維設(shè)計的化油器。來源：Cassidy Silbernagel
帶點陣結(jié)構(gòu)的化油器。來源：Cassidy Silbernagel
對于主體的設(shè)計，設(shè)計師使用了點陣結(jié)構(gòu)來保持剛度同時最小化重量，通過諾丁漢大學(xué)和Added Scientific開發(fā)的軟件，使用多個選項快速輕松地創(chuàng)建點陣結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計要求對其進行自定義。
增材制造設(shè)計帶來更好的油氣混合結(jié)果。來源：Cassidy Silbernagel
在增材制造中，需要盡量設(shè)計不低于45度角的結(jié)構(gòu)以最少化支撐結(jié)構(gòu)的需要。設(shè)計師在許多不同的地方體現(xiàn)了這一設(shè)計思路，從而創(chuàng)建復(fù)雜的零件而無需復(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，而無需依賴于支撐結(jié)構(gòu)。
藍(lán)色區(qū)域中突出顯示支撐結(jié)構(gòu)。來源：Cassidy Silbernagel
當(dāng)然必要的支撐結(jié)構(gòu)對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)。
這是個很好的顯示增材制造特點的案例：減少零件數(shù)量(包含運動零件)，減輕重量，提高性能。
名詞解釋：化油器(carburetor)是在發(fā)動機工作產(chǎn)生的真空作用下，將一定比例的汽油與空氣混合的機械裝置。化油器作為一種精密的機械裝置，它利用吸入空氣流的動能實現(xiàn)汽油的霧化的。它對發(fā)動機的重要作用可以稱之為發(fā)動機的“心臟”。其完整的裝置應(yīng)包括起動裝置、怠速裝置、中等負(fù)荷裝置、全負(fù)荷裝置、加速裝置?；推鲿鶕?jù)發(fā)動機的不同工作狀態(tài)需求，自動配比出相應(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，以供機器正常運行。（來源：3D科學(xué)谷）
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