3D打印汽車進(jìn)氣歧管應(yīng)用案例

汽車工業(yè)是變化最快的市場(chǎng)之一。由于許多概念還處于發(fā)展階段，市場(chǎng)參與者一直在尋找有效的技術(shù)。為了幫助他們脫穎而出，大多數(shù)汽車制造商在許多領(lǐng)域進(jìn)行投資，包括設(shè)計(jì)軟件、制造技術(shù)、改進(jìn)設(shè)施和新員工技能。

其中，3D打印代表了一項(xiàng)引起廣泛興趣的技術(shù)。這主要?dú)w功于該技術(shù)快速生產(chǎn)復(fù)雜定制部件的能力。然而，其他有趣的因素包括優(yōu)化設(shè)計(jì)，加速工裝周期，以及在汽車開發(fā)中跨越價(jià)值鏈的定制解決方案。

由于所有這些原因，汽車行業(yè)是**個(gè)大量采用3D打印技術(shù)來(lái)推進(jìn)設(shè)計(jì)和提高生產(chǎn)效率的行業(yè)。通過(guò)將3D打印機(jī)集成到生產(chǎn)線中，零件的生產(chǎn)、獲取和維修將更加快捷。

在本文中，我們將重點(diǎn)討論一個(gè)特別流行的汽車組件:進(jìn)氣歧管。盡管3D打印的性質(zhì)復(fù)雜，并且對(duì)汽車性能做出了重要貢獻(xiàn)，但它已經(jīng)被應(yīng)用到這些零部件的設(shè)計(jì)和制造中。

一般來(lái)說(shuō)，在汽車行業(yè)采用3D打印的主要好處如下:

簡(jiǎn)化和加速零件設(shè)計(jì)，特別是復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)；

減少生產(chǎn)步驟，降低生產(chǎn)成本；

減少周轉(zhuǎn)時(shí)間；

高水平的零件定制；

在許多情況下，指部件重量的減少；

容易獲得工具，模具，夾具和夾具；

是什么讓汽車制造商特別關(guān)注重新設(shè)計(jì)進(jìn)氣歧管?他們?yōu)槭裁匆褂?D打印?這種新方法會(huì)改變汽車的性能嗎?

進(jìn)氣歧管處理的流動(dòng)的燃料和空氣的混合物，這是主要元素所需的車輛的功能。因此，調(diào)整這一特殊部件的設(shè)計(jì)可以顯著影響馬力，潛在地將其提高到一個(gè)更高的水平。

進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)多個(gè)部件進(jìn)行組裝和焊接，才能得到最終部件。熱心的司機(jī)和熱衷于提供高性能車輛的汽車公司因此將他們的注意力轉(zhuǎn)向使用3D打印解決方案來(lái)改善結(jié)果。

讓我們來(lái)看看一些主要的汽車公司和賽車隊(duì)是如何采用3D打印來(lái)提高他們的市場(chǎng)地位的。

雖然汽車零件通常都是用金屬部件裝配的，但是最近使用熱學(xué)和機(jī)械性能強(qiáng)的替代品的想法引起了廣泛的關(guān)注。特別是，學(xué)術(shù)界和研究人員一直在研究和測(cè)試熱塑性塑料和熱固性材料。

Ultem 9085是一種高強(qiáng)度、阻燃的熱塑性塑料，主要用于模具、端部生產(chǎn)和原型制作。

亞利桑那州立大學(xué)的教授Bhate博士對(duì)Ultem很感興趣。特別是，他想知道如何用這種材料打印復(fù)雜的零件。使用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了幾個(gè)設(shè)計(jì)迭代，并獲得了合適的零件方向。此外，為了方便支架的拆卸，采用了箱式支架結(jié)構(gòu)。最終的結(jié)果是一個(gè)功能齊全(和美麗的)進(jìn)氣歧管，可以直接接口與SAE團(tuán)隊(duì)的引擎。

這種改進(jìn)的歧管設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)重量減少了50%

來(lái)自加州州立大學(xué)(California State University)的大黃蜂車隊(duì)(Hornet Racing team)是SAE方程式賽車的參與者之一，該車隊(duì)在2017年與Carbon合作，以提高汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。這個(gè)想法是用3D打印重新發(fā)明和重新設(shè)計(jì)進(jìn)氣歧管。

車隊(duì)面臨的主要挑戰(zhàn)是氣流差，這導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降。這個(gè)問(wèn)題通常是由于焊接了大量的小部件，經(jīng)常導(dǎo)致電力輸送的問(wèn)題。

該流形被重新設(shè)計(jì)，以生產(chǎn)使用碳的數(shù)字光合成(DLS)技術(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，LED燈引擎通過(guò)一個(gè)樹脂填充缸的底部投射出一系列UV圖像。曝光的圖像是要打印部分的橫截面，感光樹脂固化成固體。

正如您所期望的那樣，這個(gè)過(guò)程本身并不能產(chǎn)生功能完整的部分。印刷之后，零件在熱浴中烘烤，熱浴通過(guò)觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)來(lái)設(shè)定零件的機(jī)械性能。這使得材料增強(qiáng)，達(dá)到預(yù)期的最終性能。

使用碳DLS技術(shù)，大黃蜂賽車能夠獲得一個(gè)完全定制流形與最小焊接。結(jié)果是一個(gè)持續(xù)和**流動(dòng)的空氣和燃料，**限度地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。另外一個(gè)好處是，通過(guò)用堅(jiān)硬的聚氨酯(一種強(qiáng)耐熱塑料)代替鋁，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)可以減少50%的重量。

2018年，西班牙納瓦拉大學(xué)Tecnun工程學(xué)院的學(xué)生試圖簡(jiǎn)化和改變賽車的設(shè)計(jì)。為此，他們轉(zhuǎn)向3D打印，利用其在保持零件強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)和耐用性的同時(shí)**程度減少制造量的能力。

根據(jù)這一決定，該團(tuán)隊(duì)決定用碳纖維復(fù)合材料代替鋁，以減輕歧管的總重量。該團(tuán)隊(duì)才能夠創(chuàng)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，前置時(shí)間約為5個(gè)小時(shí)（相比之下，該項(xiàng)目可能要花費(fèi)數(shù)周的時(shí)間）。最終零件能夠在重量減輕60％的條件下承受121°C的溫度，從而大大提高了零件性能。

使用SLS3D打印機(jī)打印進(jìn)氣歧管

Briggs＆Stratton是美國(guó)**的發(fā)動(dòng)機(jī)和院子設(shè)備制造商之一。 2015年，該公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)購(gòu)買了選擇性激光燒結(jié)SLS3D打印機(jī)，以測(cè)試其新產(chǎn)品和即將推出的產(chǎn)品的耐用性。特別是，他們想克服傳統(tǒng)CNC加工，鑄造和其他制造技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了環(huán)氧密封的V型雙進(jìn)氣歧管。聚合物的高強(qiáng)度和可延展性能使印刷復(fù)雜的薄壁結(jié)構(gòu)相對(duì)容易。一些部分只有0.8毫米厚，仍然耐用且具有柔性。

一旦打印了V型雙歧管，就在高溫環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行了超過(guò)2000小時(shí)的測(cè)試，以進(jìn)行設(shè)計(jì)擬合和性能分析。多年來(lái)，這使該公司能夠滿足眾多對(duì)復(fù)雜組件的要求。

帶有洋蔥形底盤的歧管

使用3D打印技術(shù)復(fù)制一級(jí)方程式賽車碳纖維底盤。該項(xiàng)目的目的是打印航空級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)底盤，使該車隊(duì)的賽車在4秒內(nèi)達(dá)到0-100 km / h。 Imaginarium考慮了這一目標(biāo)，并提出使用單沖程制造技術(shù)來(lái)開發(fā)歧管和底盤。這是為了避免多個(gè)較小的組件連接。

零件在SLS Sinterstation HiQ上用PA 12尼龍打印。得益于這項(xiàng)精確的技術(shù)，結(jié)果堅(jiān)固，耐用且細(xì)膩，易于安裝和組裝。不出所料，新的歧管意味著賽車從整體重量減輕中受益。

3D打印預(yù)組裝件

去年，Papadakis Racing使用了加利福尼亞州Mimo Technik提供的內(nèi)部選擇性激光熔化SLM金屬3D打印服務(wù)。此次合作將M 500機(jī)器的鋁功能與Papadakis Racing提供的CAD規(guī)范結(jié)合在一起。目標(biāo)？在具有1,000馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的Toyota Supera上測(cè)試3D打印歧管。

M 500的工作原理是先沉積一層厚的鋁粉。然后，使用激光引導(dǎo)，將粉末選擇性地熔化并粘結(jié)，以形成模型的連續(xù)層。

總共花費(fèi)了大約51個(gè)小時(shí)來(lái)打印包含所有必要組件的零件。后處理包括清潔和移除結(jié)構(gòu)支撐。

正如您可能從我們中猜到的那樣，將該項(xiàng)目包括在列表中，設(shè)計(jì)就成功了。使用測(cè)功機(jī)測(cè)量性能，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠達(dá)到1,000 hp。