四川长虹智能制造技术有限公司 四川长虹电器股份有限公司 潘晓勇 刘 勇

四川长虹智能制造技术有限公司 都方军

为了促进3D打印技术的工业应用，以工业机器人的旋转大臂为研究对象，开展基于3D打印的轻量化设计方法研究。利用SolidThinking Inspire软件对零件进行拓扑优化，结合UG仿真工具对零件优化结构进行应力与应变分析，并与建模优化结构进行对比研究，在满足零件性能要求基础上，使零件重量得到最大限度减轻（材料缩减量≥25%）。

0 概述

轻量化研究的目的在于将自身重量降到最低，同时满足使用约束条件，即不影响原有的功能性、安全性与耐用性。通常有三类降低自身重量的途径，分别是形状轻量化、材料轻量化、制造轻量化。（B.克莱恩(德)编.陈力禾译.轻量化设计-计算基础与构件结构[M].机械工业出版社,2010）

本文以工业机器人的旋转大臂为研究对象，开展3D打印轻量化设计与应用研究，利用SolidThinking Inspire软件对零件进行拓扑优化，结合UG仿真工具对零件优化结构进行应力与应变分析，与建模优化结构进行对比研究。

1 旋转大臂的拓扑优化设计

旋转大臂位于工业机器人中下段，属于主受力件，其外形尺寸为560mm*185mm*100mm，材质选用316L不锈钢。零件原始外形如图1所示：

图1 原始数模

1.1 定义设计空间及非设计空间

首先明确设计空间和非设计空间，旋转大臂的两端端头为非设计空间，中间部位为设计空间。在UG中运用“拆分体”命令将模型分为三块，以Parasolid格式导入SolidThinking Inspire，右键点击中间模型，勾选“设计空间”，设计空间将以深红色显示。……