//www.ganjiayu.com 三维科学, 无限可能! Thu, 14 Nov 2024 02:31:28 +0000 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=3.9.40 3D打印碳纤维、陶瓷发动机零部件,助力超跑获得3,000马力动力 //www.ganjiayu.com/?p=19277 //www.ganjiayu.com/?p=19277#comments Wed, 29 Apr 2020 02:58:59 +0000 //www.ganjiayu.com/?p=19277 赛车运动是汽车工业发展的风向标。为了赢得比赛,汽车制造商会将最好的科技、材料用于参赛车辆的制造。赛车制造中所应用的制造技术总是高于同期的民用车辆,在未来部分赛车制造中所用的科技将在民用车辆制造中应用。

长期致力于赛车零部件制造与创新的Spyros Panopoulos 团队,通过其专利技术与先进材料,研发了用于极限赛车运动的涡轮增压器、叶轮、活塞等动力总成零部件。经过多年发展,在技术创新的道路上, Panopoulos 团队融入了3D打印技术与创成式设计,并通过这些技术为赛车、超级跑车减重与提升动力性能提供技术上的加持。

值得期待的是,在Panopoulos 团队开展的超级跑车开发项目中,应用了多种3D打印零部件,包括碳纤维3D打印连杆、陶瓷3D打印活塞等极具创新性的零部件,这款跑车将在2021年日内瓦车展上亮相。

本期,3D科学谷将与谷友一起抢先看来自赛车制造团队的3D打印前沿应用,并回顾民用汽车制造领域取得的3D打印应用进展。

block 追求极致的轻量化

赛车与飞机零部件制造团队Spyros Panopoulos 开展了一个超级跑车开发项目“Chaos”,该项目包括两种不同配置的超级跑车。两种版本的相同之处为,均配备4升V10铝合金发动机,发动机具有20个喷油器,40个气门,钛合金曲轴,钛/铬镍铁合金气门,以及由碳纤维和钛合金制造的大型双涡轮增压器,该涡轮增压器的涡轮由陶瓷复合材料制造。

其中一种配置的跑车安装了钛合金3D打印活塞和连杆,可加速至11,000 rpm,并具有2,000马力的动力。

Part-auto-Spyros Panopoulos_13D打印碳纤维连杆与陶瓷活塞。来源:Spyros Panopoulos

另一种配置的跑车,发动机转速提高至12,000 rpm。这款跑车安装了碳纤维连杆和3D打印的陶瓷复合材料活塞。陶瓷复合材料以高强度、重量轻、硬度和几乎完全的抗热膨胀性著称,而能够作为航天飞机制造中使用的材料。该跑车的最高功率不低于3,000马力。

根据3D科学谷的市场观察,Spyros Panopoulos 团队早在1997年就致力于制造极限赛车中的连杆、涡轮增压器、气门、发动机缸体,以及飞轮和完整发动机。使用新材料、先进制造技术以及设计方式,是他们在赛车动力总成零部件制造中保持创新活力和突破车辆极限动力的推动力。Panopoulos 团队获得了众多创新、专利技术和成就。

例如在新材料应用方面,Panopoulos 团队曾在2015年,将Tennalum合金材料用于赛车制造,这种合金具有高达700 MPa的屈服强度(比7075合金高出30%以上),良好的延展性。以及与7075相似的耐腐蚀性以及其他对高性能组件/设备设计人员有利的功能。在强度/重量比方面,Tennalum比7075高33%。

Part-auto-Spyros Panopoulos_2Gen2专利技术制造的叶轮。来源:Spyros Panopoulos

Panopoulos 团队拥有涡轮增压叶轮设计与制造的专利技术-Gen2,采用该技术制造的叶轮具有10个叶片,材料为“超级合金970 mpa”,该材料比钛Ti6AL4v重量轻43%,但强度高35%。这一涡轮增压器压气机叶轮,在空气动力学方面得到了革命性的改进,其初级叶片的径向向内的部分向上扫入压气机的上部区域。得益于优化的几何形状,其性能提高了35-80%。2016年,该团队将碳纤维压缩机盖用于涡轮增压器中,并采用Gen2专利技术制造碳纤维和劳伦纤维复合材料的涡轮增压器叶轮,这些复合材料比铝轻8-10倍。

近年来,Panopoulos 展开了对下一代材料、增材制造以及创成式设计方式的研究。2019年,他们在这一领域取得了显著进展。

Part-auto-Spyros Panopoulos_33D打印碳纤维连杆。来源:Spyros Panopoulos

上图是3D打印碳纤维连杆,也是“Chaos”项目其中一款跑车中安装的连杆。下图是Panopoulos 开发设计的赛车3D打印活塞,材料包括H13不锈钢和Ti6AL4v钛合金 。

Part-auto-Spyros Panopoulos_43D打印活塞设计。来源:Spyros Panopoulos

Part-auto-Spyros Panopoulos_5
3D打印钛合金连杆、活塞。来源:Spyros Panopoulos

Panopoulos 团队开发了面向增材制造汽车零部件开发的创成式设计软件”anadiaplasi”,并通过anadiaplasi设计了一系列3D打印零部件,包括3D打印陶瓷、钛合金材料的连杆、活塞,以及安全性部件制动钳。

Part-auto-Spyros Panopoulos_63D打印制动钳。来源:Spyros Panopoulos

3D打印与创成式设计所实现的轻量化,是提高超级跑车动力的重要砝码之一。根据Panopoulos,其团队对首款量产跑车的减重目标是总车重小于1,150千克,每减少一公斤重量可产生超过2马力的动力,他们已为时速超过500 公里/小时的空气动力学性能做好准备,在加速度方面,他们的技术已为时间2秒内加速至100公里/小时,7秒内加速至400公里/小时做好准备。

以上仍不是“Chaos”超级跑车的全貌,预计在20201年的日内瓦车展上,将可以看到它的全部科技。除了以上这些通过anadiaplasi创成式软件设计的3D打印零部件,还将看到错综复杂的LED刹车灯阵列、3D打印钛合金排气管,碳纤维车身,以及由一种热固性材料制造的一体式底盘,这是一种可用于制造防弹衣的材料,其强度是芳纶的1.6倍。

block 3D科学谷Review

虽然,汽车制造领域对于3D打印技术的应用存在着质疑的声音,制约3D打印走向汽车零部件批量生产的挑战也尚未完全被克服。但是有一批勇于尝试新技术的企业,在对未来存在不确定性的请况下,不断的优化增材制造技术解决方案,他们在增材制造设计、材料性能及成本、打印质量与效率等方面,推动3D打印技术在汽车零部件制造应用中快速发展。3D科学谷归纳了以下具有代表性的5个方面:

White paper_energy vehicle_21来源:3D科学谷《3D打印与新能源汽车白皮书

l 批量生产中的经济可行性

EDAG与西门子的合作达到了一个重要的里程碑,EDAG最近展示了与西门子数字工业公司合作开发的3D打印主动冷却剂分配器,并首次安装在“EDAG SCALEbat”电池外壳中。

EDAG_13D打印冷却剂分配器。来源:EDAG

借助西门子的Siemens CFD拓扑优化软件,与传统设计方法相比,冷却剂分配器将压力损失减少了22%。由于产品性能获得的明显提升,这款冷却剂分配器如同GE所规模生产的喷油嘴一样,面临着产业化生产的需求。

将惠普的工业级HP Jet Fusion 5200 3D打印设备集成到西门子的数字企业解决方案中,可以比以前更快,更经济,更可持续地生产这种冷却剂分配器。而基于高达30万件的规模化生产概念证明了在批量生产中通过3D打印制造零部件的经济可行性。

l 优化设计与摆放方式,提高打印效率

宝马i8 Roadster 在顶棚支架制造中使用了粉末床金属激光熔化3D打印技术,该技术随着 i8 Roadster 而进入到了量产阶段。

bmw_4i8 Roadster 顶棚支架

根据宝马的增材制造合作伙伴SLM Solutions, 3D打印支架的材料为铝合金,设计时采用了拓扑优化,其重量比原来的注塑支架还要轻44%,但刚度提升至原来的10倍。宝马还对3D打印支架的支撑与摆放方式进行了优化,在一个基板上可打印的支架从最初的51个,达到了238个,显著提高了增材制造效率。

l 多种技术,满足不同车辆的生产需求

宝马有一款创新性的汽车水泵,与标准水泵类似的是,水轮使冷却液通过发动机和整流器循环,将燃烧过程中产生的热量消散。但不同之处是,这个水轮采用整体式设计,优点是重量轻,并具有更高的性能。

BMW_Desktop Metal来源:Desktop Metal

宝马在赛车中使用了通过选区激光熔化3D打印技术制造的一体化水轮。但这一应用的制造成本高于民用车辆生产的需求,宝马后来采用了Desktop Metal 的生产级粘结剂喷射3D打印技术,对于民用车辆零部件制造而言,更具有经济性。这类设备同一次打印最高可实现150个水轮的生产,单件成本约5美元。

l 安全性部件创新

2018年布加迪发布了其通过带有四激光器的选择性激光熔融3D打印技术所制造的世界首个3D打印的新型八活塞整体式制动钳。而近日,布加迪对3D打印的新型八活塞整体式制动钳进行了令人叹为观止的性能测试。

Bugatti_brake测试中的布加迪3D打印制动钳

迄今为止用于汽车零部件增材制造生产的主要材料是铝,而布加迪新的制动钳由钛制成。布加迪是与德国汉堡的Laser Zentrum Nord合作实现的,Laser Zentrum Nord中心自2018年初以来成为粉末床激光熔融领域的专家Fraunhofer弗劳恩霍夫研究所的一部分。

Video Cover_bugatti_Brake布加迪3D打印制动钳测试视频

值得一提的是,布加迪通过粉末床激光熔融3D打印技术来制造新型八活塞整体式制动钳并不是仅仅用于原型,布加迪所进行的性能测试更是进一步揭示了这一创新的产业化前景,3D打印钛制动钳将应用于批量生产的车辆。

l 轻型、更高强度的新材料

德国汽车领域的工程企业EDAG联合材料、科研、增材制造、仿真领域的八家合作伙伴,正在开发一款具有更高强度和更高的断裂延伸率的轻型防撞3D打印铝合金材料-CustAlloy®。

Part_Auto_EDAG用轻型防撞铝合金材料3D打印的汽车零件。来源:EDAG

EDAG表示,CustAlloy®在强度、延展性、防腐蚀性等方面满足汽车行业的要求,并将成为一款适合汽车轻量化、防碰撞零部件批量生产的3D打印材料。EDAG 针对这款材料开发的增材制造工艺和经过实践检验的仿真模拟方法,都是帮助用户使用这款材料进行零部件批量生产的有效工具。

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极轻、极薄、耐热,3D打印排气尾管是布加迪新车后部设计的重要一环 //www.ganjiayu.com/?p=18794 //www.ganjiayu.com/?p=18794#comments Tue, 31 Mar 2020 05:23:37 +0000 //www.ganjiayu.com/?p=18794 “Extremely lightweight, highly temperature-resistant, additively manufactured, road homologated

极其轻巧、耐高温、增材制造、道路认证….”

这是布加迪新车Chiron Pur Sport中,3D打印钛合金排气尾管所拥有的“身份”标签。

Bugatti_2布加迪Chiron Pure Sport 。来源:APWORKS

block 优化、高性能部件 – 增材制造

布加迪在3月初发布了Chiron Pur Spor。Chiron Pur Sport减轻了50公斤的重量,同时增加了”下压力”,并配置了毫不妥协的运动底盘和悬架装置,具有极强抓地力,轰动性的加速度和非凡的精确操控性。Chiron Pur Sport专门用于在极度弯曲的道路上行驶,更加注重敏捷性和动态转弯。

外观方面,Pur Sport采用了空气动力学优化的前脸设计,现在通风口加宽,马蹄形面板底部扩大并采用了新的前喉设计,所有这一切均由碳纤维材料打造。而在后部,新车则装有一个1.9米宽大尾翼,并配有耐高温的3D打印钛合金排气尾管。[1]

Bugatti_13D打印钛合金排气尾管。来源:APWORKS

布加迪Chiron Pur Sport将从2020年下半年开始生产,最终的产量将限定在16台,不包括增值税的情况下,官方售价为320万欧元(约合2488万人民币)。[1]

布加迪Chiron Pure Sport 所采用的3D打印钛合金排气尾管是由空中客车子公司APWORKS 制造的。根据APWORKS,这是第一个获得道路认证的金属3D打印部件,是增材制造技术制造优化高性能零件的典型应用。

钛合金排气尾管具有小于0.5mm的最小壁厚,重量极轻。根据APWORKS,增材制造-3D打印技术能够实现非常复杂的设计,从而成为这款排气尾管制造的最佳方式。钛合金材料兼具高强度和良好的耐热性。

3D打印钛合金排气尾管是Chiron Pur Sport 非凡的后部设计的一部分,其新空气动力学配置可产生更大的下压力,同时更轻的重量有助于提升车辆的灵活性。

block 3D科学谷Review

根据3D科学谷的市场观察,布加迪已成为通过金属3D打印加速汽车行业技术应用的头部企业。

布加迪已经开发了3D打印的功能性零部件-制动钳、扰流板支架、电机支架以及前桥差速器。布加迪采用选区激光熔化金属3D打印技术,对电动机支架进行批量生产,电机支架已安装在Chiron系列新型车辆中。

Part_Auto_Bugatti布加迪3D打印电机支架,由SLM Solutions的SLM280设备制造。

值得注意的是,布加迪并非通过3D打印技术制造传统设计的零部件,而是探索和挖掘3D打印技术在产品重塑方面的价值。以3D打印电机支架为例,布加迪为Chiron超级跑车重新设计了小型电机支架,这个支架中集成了冷却水路,而这种功能集成的复杂部件,只有通过3D打印-增材制造技术才能够实现。在功能上,这款3D打印小型电机支架能够充当隔热罩,显著减少了电机传递的热量。

3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中谈到的:“我们总是陷入将3D打印与传统制造方法进行一对一比较的误区,原因在于我们很容易忽略3D打印技术不是在生产和原来一样的零件,而是生产完全不一样的零件,不一样的形状,不一样的材料,不一样的性能。” 布加迪通过金属3D打印技术制造的“不一样”的零件,展示了3D打印技术在车辆零部件创新领域具有的潜力。

参考资料:

[1] 新浪汽车.《布加迪Chiron Pur Sport发布 限量16台/约合2488万》。

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已安装在Chiron车上,布加迪通过金属3D打印批量生产电机支架 //www.ganjiayu.com/?p=15894 //www.ganjiayu.com/?p=15894#comments Sun, 02 Jun 2019 04:31:47 +0000 http://www.51shape.com/?p=15894 Bugatti has become an important example of how metal 3D printing can accelerate industrial development in the automotive industry.

布加迪已成为通过金属3D打印加速汽车行业工业技术应用的头部企业。

Part_Auto_Bugatti
图片:布加迪批量生产的电机支架

迄今,布加迪已经开发了3D打印的功能性零部件-制动钳、扰流板支架、电机支架以及前桥差速器。而令人兴奋的是,布加迪采用选区激光熔化SLM 金属3D打印技术,对电动机支架进行批量生产,电机支架已安装在Chiron系列新型车辆中。

block 改变设计提升性能,推进生产

豪华汽车制造商布加迪应用选区激光熔化金属3D打印技术已有多年,布加迪应用这一技术的最终目标不是制造汽车零部件新产品的原型,而是用于最终零部件的生产。

根据3D科学谷的了解,布加迪为Chiron超级跑车重新设计了小型电机支架,这个支架中集成了冷却水路,而这种功能集成的复杂部件,只有通过3D打印-增材制造技术才能够实现。在功能上,这款3D打印小型电机支架能够充当隔热罩,显著减少了电机传递的热量。

电动机支架集成水冷却作为主动隔热罩,可显着降低传热量。与其前身Veyron一样,Chiron具有两个独立的水冷回路,即使在最极端的环境和运行条件下,也能将组件和系统温度保持在可接受的水平。

高温回路用于冷却超级跑车的1,500hp W16发动机,而低温回路确保进气冷却温度保持适当低。NT电路的旁路流量过滤器为控制台供电,同时将电子元件与变速箱油箱的温度隔离。

支架的主要任务是在打开和关闭7速双离合变速器的两个离合器的同时接合齿轮,当通过苛刻的操作方式驾驶车辆时,电动机和泵的控制单元的温度可以从130℃降低到90℃,降低40℃。

这些支架是在SLM Solutions的SLM280设备上制造的。

block 3D科学谷Review

根据3D科学谷的市场观察,布加迪正在探索和挖掘3D打印技术在产品重塑方面的价值。

block 八活塞整体式制动钳

布加迪在2018年初发布了其通过带有四激光器的选区激光熔化3D打印技术所制造的世界首个3D打印的新型八活塞整体式制动钳。

迄今为止用于汽车零部件增材制造生产的主要材料是铝,而布加迪新的3D打印制动钳由制成。这款3D打印制动钳是布加迪与Fraunhofer IAPT(前身是Laser Zentrum Nord)和Bionic Production 公司合作实现的。3D打印制动钳能够以375 km / h的速度应对极强度、刚度和温度要求,制动力为1.35g,制动盘温度高达1,100°C。3D打印制动钳的抗拉强度为1250 N / mm2,材料密度超过99.7%。

Bugatti_1图片:布加迪刹车钳测试

值得一提的是,布加迪通过粉末床激光熔融3D打印技术来制造新型八活塞整体式制动钳并不是仅仅用于原型,布加迪强调了这一创新的示范性作用,以及作为国际汽车行业创新驱动力的作用。

Bugatti_2图片:布加迪刹车钳测试

2019年年初,布加迪对这一3D打印的新型八活塞整体式制动钳进行了性能测试。性能测试更是进一步揭示了这一创新的产业化前景,3D打印钛制动钳将应用于批量生产的车辆

block 扰流板支架

由Fraunhofer IAPT生产的3D打印扰流板支架可根据空气动力学进行高度和角度调节,使布加迪的1500马力车辆在32.6秒内达到400公里/小时的速度,并在9秒内恢复停止。

帮助布加迪实现扰流板支架重塑的另一个合作伙伴是西门子,西门子帮助布加迪优化用于生产的3D打印扰流板支架设计方案,包括优化重量和刚度,减少迭代次数。

最终优化的3D打印扰流板支架制造材料也是钛金属,拉伸强度为1250MPa,材料密度超过99.7%,重量减少53%。

Part_Auto_Bugatti_2图:布加迪的3D打印扰流板支架

block 差速器壳体

布加迪在早期探索金属3D打印技术在汽车零部件重塑中的应用时,开发过一款经过仿生力学优化的前桥差速器壳体部件。

Part_Auto_Bugatti_3图:仿生力学优化的布加迪前桥差速器(右图)

布加迪利用金属3D打印进行零部件重塑的脚步仍在前行,去年Formnext展会期间,由SLM Solutions 的金属3D打印设备制造的布加迪 W16气缸盖罩在展会中亮相,目前这些部件被用于生产研究。未来,期待布加迪通过金属3D打印技术实现更多颠覆性汽车零部件的生产。

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看豪车制造商布加迪如何利用3D打印进行产品重塑 //www.ganjiayu.com/?p=14952 //www.ganjiayu.com/?p=14952#comments Sun, 17 Mar 2019 10:31:44 +0000 http://www.51shape.com/?p=14952 豪华汽车制造商布加迪应用选区激光熔化金属3D打印技术已有多年,布加迪应用这一技术的最终目标不是制造汽车零部件新产品的原型,而是用于最终零部件的生产。

迄今,布加迪已经开发了3D打印的功能性零部件-制动钳、扰流板支架、电机支架以及前桥差速器。

那么,与传统技术制造的零部件相比,布加迪开发的3D打印零部件有什么特殊之处? 布加迪怎样发挥3D打印技术在产品重塑方面的价值?本期,就让我们通过布加迪开发的几款金属3D打印汽车零部件,来感受这一顶级汽车制造商应用金属3D打印技术背后的逻辑。

Bugatti Chiron图:布加迪Chiron

block 重塑产品提升性能

block 钛制动钳

布加迪在2018年初发布了其通过带有四激光器的选区激光熔化3D打印技术所制造的世界首个3D打印的新型八活塞整体式制动钳

迄今为止用于汽车零部件增材制造生产的主要材料是铝,而布加迪新的3D打印制动钳由钛制成。这款3D打印制动钳是布加迪与Fraunhofer IAPT(前身是Laser Zentrum Nord)和Bionic Production 公司合作实现的。

值得一提的是,布加迪通过粉末床激光熔融3D打印技术来制造新型八活塞整体式制动钳并不是仅仅用于原型,布加迪强调了这一创新的示范性作用,以及作为国际汽车行业创新驱动力的作用。2019年年初,布加迪对这一3D打印的新型八活塞整体式制动钳进行了性能测试。性能测试更是进一步揭示了这一创新的产业化前景,3D打印钛制动钳将应用于批量生产的车辆。

brake_car
图:布加迪的3D打印钛制动钳

布加迪新技术负责人FrankGötzke 表示,3D打印制动钳能够以375 km / h的速度应对极强度、刚度和温度要求,制动力为1.35g,制动盘温度高达1,100°C。3D打印制动钳的抗拉强度为1250 N / mm2,材料密度超过99.7%。

block 轻量化扰流板支架

布加迪还进行了主动扰流板支架的重新设计,并通过选区激光熔化3D打印技术进行制造。

bugatti spoiler bracket
图:布加迪的3D打印扰流板支架

由Fraunhofer IAPT生产的3D打印扰流板支架可根据空气动力学进行高度和角度调节,使布加迪的1500马力车辆在32.6秒内达到400公里/小时的速度,并在9秒内恢复停止。

帮助布加迪实现扰流板支架重塑的另一个合作伙伴是西门子,西门子帮助布加迪优化用于生产的3D打印扰流板支架设计方案,包括优化重量和刚度,减少迭代次数。

最终优化的3D打印扰流板支架制造材料也是钛金属,拉伸强度为1250MPa,材料密度超过99.7%,重量减少53%。

block 集成水冷的小型电机支架

布加迪为Chiron超级跑车重新设计了小型电机支架,这个支架中集成了冷却水路,而这种功能集成的复杂部件,只有通过增材制造技术才能够实现。在功能上,这款3D打印小型电机支架能够充当隔热罩,显著减少了电机传递的热量。

3D printed motor bracket
图:布加迪3D打印电机支架,集成了冷却通道

自第一款布加迪 Chiron发布以来,这款创新的3D打印小型电机支架已安装在该系列的所有车辆中,打印材料为AlSi10Mg(铸造铝合金)。

与其前代跑车Veyron一样,Chiron具有两个独立的水冷回路,即使在最极端的环境和运行条件下,也能将组件和系统温度保持在可接受的水平。高温回路用于冷却超级跑车的1,500hp W16发动机,而低温回路确保进气冷却温度保持在适当低的水平。NT电路的旁路流量过滤器为控制台供电,同时将电子元件与变速箱油箱的温度隔离。

3D打印电机支架的主要作用是在打开和关闭7速双离合变速器的两个离合器的同时接合齿轮,当通过苛刻的操作过程行驶车辆时,电动机和泵的控制单元的温度可以从130℃降低到90℃,降低40℃。

block 仿生优化的前桥差速器壳体

布加迪在早期探索金属3D打印技术在汽车零部件重塑中的应用时,开发过一款经过仿生优化的前桥差速器壳体部件。

bugatti front axel differential
图:仿生优化前后的布加迪前桥差速器

布加迪利用金属3D打印进行零部件重塑的脚步仍在前行,去年Formnext展会期间,由SLM Solutions 的金属3D打印设备制造的布加迪 W16气缸盖罩在展会中亮相,目前这些部件被用于生产研究。未来,期待布加迪通过金属3D打印技术实现更多颠覆性汽车零部件的生产。

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一文看懂3D打印在刹车制动领域的应用 //www.ganjiayu.com/?p=14250 //www.ganjiayu.com/?p=14250#comments Sun, 13 Jan 2019 07:47:07 +0000 http://www.51shape.com/?p=14250 TCT 2019_Auto.webp

谈到3D打印在制动领域的应用,我们很容易联想到的两个典型应用,一个是制动器的3D打印,一个是刹车片的3D打印。

Break-1

block 3D打印生产批量化的制动器

制动器方面,2018年布加迪发布了其通过带有四激光器的选择性激光熔融3D打印技术所制造的世界首个3D打印的新型八活塞整体式制动钳。而近日,布加迪对3D打印的新型八活塞整体式制动钳进行了令人叹为观止的性能测试。

迄今为止用于汽车零部件增材制造生产的主要材料是铝,而布加迪新的制动钳由钛制成。布加迪是与德国汉堡的Laser Zentrum Nord合作实现的,Laser Zentrum Nord中心自2018年初以来成为粉末床激光熔融领域的专家Fraunhofer弗劳恩霍夫研究所的一部分。

值得一提的是,布加迪通过粉末床激光熔融3D打印技术来制造新型八活塞整体式制动钳并不是仅仅用于原型,布加迪所进行的性能测试更是进一步揭示了这一创新的产业化前景,3D打印钛制动钳将应用于批量生产的车辆。

Break_2

根据百度百科,钳盘式制动器(caliper disc brake)是盘式制动器的一种。它的旋转元件是以端面工作的金属圆盘,称为制动盘。固定元件是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块,每个制动器中有2~4个,这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中,总称为制动钳。制动盘和制动钳共同构成了钳盘式制动器。

盘式制动器又根据其固定元件结构形式的不同,分为钳盘式制动器和全盘式制动器。钳盘式制动器散热能力强,热稳定性好,故广泛应用于大多数轿车和轻型货车上。

国内制动器生产厂家包括上海汽车制动系统有限公司,大连鸿源机械制造有限公司,浙江正德制动器有限公司,温州市东启汽车零部件制造有限公司等。

布加迪改变了制动器的现状,其3D打印的制动钳长41厘米,宽21厘米,高13.6厘米,重量只有2.9公斤。与目前使用的重量为4.9公斤的铝制部件相比,布加迪可以通过使用新的钛合金部件确保更高的强度,并且使制动卡钳的重量减轻约40%。之前想采用钛合金材料来制造这样的制动钳难度是非常大的,由于钛材料的强度非常高,想像铸造或锻造铝的常规方法那样获得这样的零件技术难度很大。而3D打印打开了生产更加复杂的零件和难加工材料的可行性。

block 3D打印刹车片

谈到制动器的3D打印,就引出另外一个话题,那就是刹车片的3D打印,汽车刹车片,也叫汽车刹车皮,是指固定在与车轮旋转的制动鼓或制动盘上的摩擦材料,其中的摩擦衬片及摩擦衬块承受外来压力,产生摩擦作用从而达到车辆减速的目的。

Break_3

根据中国产业信息网,汽车刹车片一般由钢板、粘接隔热层和摩擦块构成。其中,钢板要经过涂装来防锈;隔热层由不传热的材料组成;摩擦块由摩擦材料、粘合剂组成,刹车时被挤压在刹车盘或刹车鼓上产生摩擦,从而达到车辆减速和制动的目的。由于摩擦作用,摩擦块会逐渐被磨损,一般来讲成本越低的刹车片磨损得越快。摩擦材料使用完后要及时更换刹车片,否则钢板与刹车盘就会直接接触,最终会丧失刹车效果并损坏刹车盘。近几年我国汽车刹车片市场规模快速增长,从2010年的67.66亿元增长到2017年的294.15亿元,年均复合增长率23.36%。 从目前的情况来看,刹车片企业主要集中在浙江、河北、湖北、广东、福建等地区,这些地区的产品占全国生产量近80%。如中国刹车片的领军企业山东金麒麟、山东信义、杭州杭城等。这些企业的产品市场覆盖率远远超过其它品牌。

而高铁领域的刹车片,国际上只有德国、法国和日本等少数几个国家能够生产高速列车制动闸片,其中德国克诺尔公司曾垄断全球80%以上高铁刹车片的市场。

根据3D科学谷的市场研究,近几年,国内高铁刹车片的研发与生产技术逐步获得突破,打破了国际公司垄断的局面,其中包括天宜上佳、贵州新安航空机械、博深工具、北京瑞斯福等。随着金属3D打印技术与应用面的深度结合,国内出现了将金属3D打印技术应用于制动闸片的探索。

根据3D科学谷的市场研究,通过电子束选区熔融或激光选区熔融3D打印技术,西迪技术股份有限公司将耐磨层直接打印在钢背表面,3D打印过程中采用的高能电子束能够使闸片材料中各组分充分反应、高度致密化,使得到的闸片具有较好的力学性能和摩擦性能。

其实不难理解为什么3D打印会应用到刹车片这样的应用领域。前文中提到的布加迪制动钳是由Laser Zentrum Nord制造出来的,而Laser Zentrum Nord属于德国Fraunhofer研究机构。Fraunhofer研究机构在超硬材料方面颇有研究,Fraunhofer IKTS 研究所的研究人员又找到了一种新的方法,目前他们可以使用熔融长丝制造技术来3D打印更硬的合金,为硬质合金的加工开辟了一种新的途径。Fraunhofer的这些制造超硬材料的3D打印经验是否会应用到刹车片领域?3D科学谷将保持持续关注。

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