汽车轻量化是提高燃油效率并减少车辆碳排放的有效方式。国际能源署（InternationalEnergyAgency）表示，全球二氧化碳排放量中约有24％来自交通运输，包括公路，铁路，航空和海运，其中公路车辆是最大的“罪魁祸首”。在宏观层面上，实现轻量化可以通过采用轻质材料，如钛合金、铝合金、镁合金、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等材料来达到目的。微观层面上，可以通过采用高强度材料，将零件设计得更紧凑和小型化。增材制造-3D打印技术为制造实现功能集成、紧凑型轻量化零部件带来了空间。本田汽车正在进行多个减轻车身部件重量的项目，涉及到的零部件包括车身框架、发动机、曲轴、螺栓。本期，3D科学谷将分享日本本田汽车研发部门在曲轴轻量化方面所取得的进展，本田在项目中应用了创成式设计和3D打印技术。经渲染的创成式设计曲轴模型。来源：HondaRD,Autodesk不一样的设计，不一样的重量曲轴是发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。[1]传统曲轴[1]这些因素决定了曲轴的形状。曲轴的设计多年来已经固定下来，而本田设定的挑战性目标是通过创新性的设计，将曲轴减重30%。创成式设计和增材制造-3D打印技术，是本田实进行曲轴设计创新，实现减重目标的关键工具。本田研发部门一直在密切研究增材制造技术。在设计方面，本田研部门应用了拓扑优化技术，之后又引入了创成式设计技术，并通过该技术进行设计迭代。在使用过程中，本田发现创成式技术可以改变传统的设计规范。金属3D打印轻量化曲轴原型。来源：HondaRD,Autodesk以往本田采用的设计方式是，设计师经验提出设计方案，然后进行分析和完善。在新的轻量化曲轴设计项目中，本田研发部门与Autodesk合作，使用Netfabb和Fusion软件进行轻量化零件设计。本田向Autodesk提供有关曲轴重量和各种操作限制的数据，软件中的创成式设计技术，快速生成了满足本田要求的首批曲轴设计原型，而设计师可以将首批设计中得到的反馈快速应用于下一步的设计工作。首批原型的数据使本田重新考虑了曲轴的材料布局和强度标准，从而为零件带来了新的边界条件。在此基础上，团队开展了第二批曲轴模型的设计。新的曲轴设计最终实现了50％的减重，超出了最初设定的减重目标，但零件的刚度和强度是否满足要求，仍需进行验证。本田的设计团队将通过创成式设计开发的轻量化曲轴原型安装到发动机上进行性能测试，并获得了大量数据。Autodesk使用本田测试的数据改进其创成式设计的流程。本田通过创成式设计得到了多种考虑需要设计限制的模型，例如适合增材制造的模型、基于模具制造及5轴加工的模型。这个设计项目中所得到的适合增材制造的曲轴模型，揭示了实现曲轴增材制造-3D打印的可能性。虽然在实现减重方面还有很多其他切入点，但本田研发部门通过已取得的轻量化设计成果，看到了未来的目标，并希望能够将创成式设计作为开发新产品的常态技术。3D科学谷Review增材制造-3D打印正在快速发展，这背后的驱动因素是3D打印释放了设计的自由度，所以我们需要重新想象我们的设计以适应新的生产潜力。而创成式设计正是能够适应3D打印技术的设计方式之一，而本田曲轴轻量化设计项目，正是将这种设计技术与3D打印相结合，探索轻量化的全新可能。

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