3D打印技術正引領著很多產(chan) 業(ye) 的輕量化進程，汽車、飛機、衛星幾乎任何東(dong) 西都能變得更輕。那麽(me) 什麽(me) 是輕量化，輕量化有哪些好處，3D打印如何實現輕量化？

一、什麽(me) 是輕量化

輕量化是一個(ge) 製造的概念，使工業(ye) 零件和產(chan) 品的重量減輕，同時保持或增強其強度、機械性能。目前，很多行業(ye) 都在基於(yu) 3D打印，開展輕量化的工作。

二、輕量化的好處

1、降低材料消耗，減少浪費，節約成本；

2、優(you) 化零件結構以獲得更高的性能。

在製造領域，材料浪費是讓製造商非常頭疼的一個(ge) 問題，超過40%的製造成本與(yu) 材料有關(guan) 。事實上，通過設計可以優(you) 化零件的結構，減少材料的損耗，比如使用空心結構、晶體(ti) 結構等等。隻是這樣的結構，傳(chuan) 統工藝加工難度很大，是一個(ge) 昂貴而耗時的過程。而3D打印可以很輕鬆地實現這樣的結構，從(cong) 而減輕重量。

比如通用航空從(cong) 2015年開始，就3D打印燃油噴嘴的前端。這個(ge) 部件之前由20個(ge) 零件組成，通過設計優(you) 化後，整合為(wei) 了1個(ge) 部件，重量減輕25%。

當重量減輕後，飛機、汽車的燃油效率就會(hui) 提升。例如，如果一架空客A320的重量僅(jin) 僅(jin) 減少90千克，那麽(me) 它每年可以節省2600多加侖(lun) 的燃料。波音737飛機每減少0.45千克，就能減少數十萬(wan) 美元的年度運營成本。

同理，其他各種終端產(chan) 品，重量減輕了，運輸成本也會(hui) 降低。因此，幾乎每個(ge) 行業(ye) 都能享受到輕量化帶來的成本降低。當然，目前最熱衷的公司還是航空航天和汽車領域的公司。比如近些年來，發展勢頭迅猛的電動車，通過輕量化，可以實現更遠的裏程。

三、3D打印如何實現輕量化

3D打印實現輕量化，有兩(liang) 個(ge) 好幫手——拓撲優(you) 化和生成設計。3D打印帶來的關(guan) 鍵優(you) 勢就是設計自由。給拓撲優(you) 化和生成設計提供了發揮的基礎。

通過拓撲優(you) 化，在保持功能不變的情況下，可以盡可能多地從(cong) 零件中消除材料。從(cong) 本質上講，AI算法解析零件的幾何形狀，受力情況，使其消耗盡可能少的材料，同時仍然提供類似或更高的性能。

比如，自行車的腳踏板支架，之前都是實心結構，經過拓撲優(you) 化之後，內(nei) 部改為(wei) 了格子晶體(ti) 結構，在穩定性不變的前提下，重量減輕了12%左右。目前已經應用於(yu) 職業(ye) 自行車比賽。

生成設計實現的效果類似，隻是方式相反，如果把拓撲優(you) 化比喻成減法的話，生成設計就是加法。AI算法根據給定的材料和性能特征，通過無數次的模擬設計迭代，輸出最優(you) 化的設計方案。

空客旗下的子公司，就通過AI算法，設計了一台經過優(you) 化的電動摩托車，車架看著像一個(ge) 外機械骨骼，去除了很多不必要的材料。最終，這台電動摩托車隻有35千克，比一般的摩托車輕了大概30%。

不難發現，通過這兩(liang) 種方法，輸出的設計方案，其設計造型往往複雜的幾何形狀或多個(ge) 零件合並成一個(ge) ，比如彎曲的內(nei) 部通道使用格子結構填充。這樣的結構，傳(chuan) 統工藝是很難實現的，隻能通過3D打印來製造。