供稿人:张旺 李涤尘 发布日期：2018-05-21
天线支架是一种具有复杂形状的薄壁类零件，其主要作用是支撑传感器。天线支架最初是采用铝合金材料通过传统的减材制造方法加工而成。但由于设计之初考虑了传统加工方法的各种约束，因此，加工出的天线支架普遍偏重
目前，华南理工大学Z Xiao等学者采用有限元仿真技术对现有的天线支架进行结构优化并将天线支架由铝合金改为具有更高比强度的Ti6Al4V材料，具体优化过程为，首先进行拓扑优化，经过27次迭代获得重量较轻的天线支架结构，同时仍然维持原天线支架的力学性能不变，拓扑优化结果如图1(a)所示，然后，对拓扑优化后的天线支架进行表面平滑处理如图1(b)所示，并在此基础上进一步对天线支架模型按照优化后的结构进行重设计，最终获得如图1(c)所示的结构重设计的天线支架CAD三维模型。
在获得结构优化后的天线支架CAD三维模型的基础上，研究人员进一步考虑了在采用激光选取熔化成形技术(SLM)加工该优化后的天线支架时所受到的约束条件，其中主要包括：受限于激光光斑大小所能够成型的最小壁厚，最小尖角以及最小空洞，考虑到热应力因素限制下所能成型的最大长宽比和天线支架的最佳摆放位置等。然后应用激光选区熔化成形技术成功加工出该优化后的天线支架，如图2(a)所示 ，经过去除多余支撑，喷砂、退火等后处理最终得到如图2(b)所示的天线支架，该天线支架相比传统的天线支架，重量减轻了30%，基频增加了50.18%。其中，由图2(c)可知，SLM加工平均尺寸误差为-0.1220 mm/+0.1185 mm，最大误差为-3.1892 mm/+3.0818 mm，满足了天线支架的尺寸精度要求。
图1 拓扑优化天线支架重设计。(a)原始拓扑优化模型，(b)表面平滑处理，(c)结构重设计
图2 SLM成形天线支架。(a)SLM成形件，(b)后处理，(c)扫描点云数据与原始模型的比较