在高端自行车设计领域，重量、刚性与可靠性常常是一组难解的方程，越是高端的车型，每减去一克就要花费昂贵的费用。单车研发厂商要在保证强度和优异性能的情况下，减去不必要的结构和用料，来减轻车身重量。
捷安特（Giant）作为全球自行车行业的标杆品牌，在轻量化方面始终走在技术前沿，不仅投入巨大研发资源深耕先进材料（如碳纤维）、创新设计与制造工艺以及空气动力学优化，更以极致的产品追求，在高端公路车和竞赛级山地车中力求接近最低重量限制，为全球骑手提供更高效的骑行体验，其对技术创新的执着与对品质的严苛要求，早已成为行业效仿的典范。
面对轻量化痛点，捷安特联合漫格科技携手探索了新的解决方案。
挑战：打破传统设计的“重量枷锁”
自行车前叉叉肩作为连接车架头管与前叉腿的关键枢纽，它不仅直接影响转向的精准度与操控反馈，更需要在每一次急刹、过弯和颠簸中，承受来自地面的剧烈冲击与复杂的扭转力矩。
捷安特某款在研试的叉肩原始重量约460克，设计人员想要利用增材制造的工艺，在保证刚性和安全性的前提下，通过肩盖冲击测试，减少叉肩的重量。
在与全球领先自行车品牌捷安特的联合研发中，漫格科技的一体化增材软件帮助捷安特成功实现此款零件部位减重30.4%的验证，为高性能自行车关键结构件提供了一条全新的轻量化路径。
图1 叉肩优化前后对比
VDD赋能：从数字模型到实体落地
漫格科技VoxelDance Additive （VDD）集成了隐式建模、静力学仿真和拓扑优化三大独立功能模块，形成一个高效闭环的设计流程，专注于复杂结构的生成与优化。通过功能节点串联整个设计流程，节点设计树完整复现设计的每一步，实现工作流的“无损记录”。这一特性让每一项参数调整都可追溯、可验证，为数据驱动设计提供了坚实基础。
为应对上述轻量化挑战，项目团队采用VDD“仿真驱动-优化生成-验证闭环”的数字化工作流程。
图2 叉肩设计流程
Step 1 拓扑优化——让力学引导材料分布
首先在软件中还原真实的工况，模拟骑行、刹车及转向时的关键载荷，并对装配接口进行了严格约束，确保优化过程不破坏关键的功能区域 。
随后借助拓扑优化算法，基于精准的力学仿真数据，自动计算出材料在空间中的最优分布路径。在高受力、需支撑的关键区域保留材料，将低受力的冗余区域精准剔除，获得拓扑优化之后的体素模型。
图 3 拓扑优化体积分数云图（红色表示材料体积分数高的承载核心区域，蓝色表示材料体积分数低的低承载区域）及对应的体素化结构模型
Step 2 光顺重建——将体素模型转化为可制造几何
拓扑优化直接生成的体素模型虽然力学性能优异，但表面粗糙，无法直接用于生产。此时，结果重建与光滑处理至关重要。工程师将离散的体素数据转化为连续、流畅的高阶曲面。这不仅赋予了零件有机的生物学美感，更重要的是消除了潜在的应力集中点，显著提升了零件的抗疲劳寿命。
图4 光滑处理模型
Step 3 增材制造——复杂结构的完美落地
如此复杂的异形曲面结构，若采用传统减材制造加工，不仅成本高昂，甚至有可能无法实现。金属3D打印（增材制造）技术成为了连接设计与现实的最后一块拼图。它能够精准地将数字模型转化为高强度的金属实体，让设计自由度彻底释放。
图5 实际打印模型
成果：30.4%减重，性能与安全零妥协
经过双方联合优化与精密打印，最终交付的前叉叉肩重量仅为325克——相比原始设计减重142克，在保证零件性能强度的前提下，减重幅度高达30.4%。
优化后的叉肩装配于测试车型后，严格按照行业标准进行肩盖冲击测试。测试加载条件依据22.5kg重物从1.4米高度坠落的冲击工况设定，叉肩成功通过冲击测试。这一结果充分证明，VDD的拓扑优化策略与仿真分析精准有效，为客户打造的优化结构不仅更轻，更具备卓越的承载能力和抗冲击性能，完全满足真实场景的安全需求。
图6 经过冲击试验后的叉肩实物
从经验到科学，从猜测到验证，轻量化设计正在被重新定义。从467克到325克，数字减少的背后，是先进技术对产品价值的重塑，是捷安特“持续创新”的技术精神与VDD轻量化设计的完美融合。未来，漫格科技将持续以先进技术为核心，与更多像捷安特一样具备行业远见的领军品牌携手，打破传统设计桎梏，提供从数字化优化到实体落地的全流程解决方案，让高性能、轻量化的产品理念从蓝图变为现实。
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