从最大的技术加速器赛车制造看3D打印发展前途

赛车又称一级方程式赛车,是世界上速度最快、科技含量最高的运动,一级方程式赛车的制造技术尤其处于开发制造技术的最前沿,这些技术有朝一日将成为工业标准。

在与赛车制造商共同开发的过程中,机床和增材制造设备厂商也提炼出先进的制造工艺,从而进一步确认市场竞争地位。毋庸置疑,赛车运动仍然是最大的技术加速器之一。

视频:机加工领域的智能制造生产线

block 技术加速器自上而下的作用

F1赛车运用的是最先进的加工技术,很多新的汽车技术都是在F1上进行最初的实践。F1比赛对车的性能和生产工艺流程等都有着极为严格的要求,需要在材料的“轻量化”和“高强度”之间追求臻于极致的平衡,在追求极致的工业造型设计时还要经过大量的强度检测及空气力学试验后才能为F1赛车使用。可以说这样一个由数千个零部件组成的精密机械,其设计和制造不容丝毫疏忽。

视频:保时捷919 Hybrid Evo赛车

赛车零件的设计考虑了可靠性因素,开发旨在减少这些零件不一致性的制造技术可降低比赛中失败的风险。即使在微观层面上,最微小的杂质或裂缝也会产生灾难性的后果,特别在经历极端的负荷情况后。

在过去十年中,增材制造 – 也称为3D打印 – 已成为赛车现代设计和原型制作过程的重要部分。

这其中,德马吉森精机作为保时捷赛车的技术开发合作伙伴,不仅通过数控机床为保时捷开发关键零部件,几年前就已经开始使用其LASERTEC混合增材制造设备为保时捷赛车生产零部件。金属3D打印技术已经迅速成为德马吉森精机企业的一个核心部分。而且通过Sauer工厂,德马吉还在开发铝合金的金属3D打印工艺。

part_Auto_Porsche_DMG图片:德马吉森精机为保时捷开发的零件(数控加工)

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不仅仅是保时捷赛车,更多的赛车品牌正在积极的引入3D打印技术以加快赛车研发速度,提升赛车性能。

根据3D科学谷的市场观察,比较经典的一个案例是法拉利赛车带点阵结构的活塞头。法拉利赛车发动机由意大利马瑞利(Magneti Marelli)汽车零部件公司承担,发动机轻量化和保持高强度水平是马瑞利公司在进行发动机活塞头设计时所主要考虑的两个因素。2017年,设计师为零件添加了复杂的内部点阵结构,该结构能够减少材料的使用,降低零件重量,又可以保证高冲击区域的强度。3D打印的钢合金活塞头使法拉利668赛车的发动机点火室设计得到重塑,该零件能够承受400bar的压力,它使发得燃油实现充分燃烧。

另外一家,德国德累斯顿工业大学与德国Fraunhofer增材制造技术和先进材料研究所(IFAM)合作,通过Altair solidThinking Inspire基于增材制造方式重新设计了方程式赛车的转向柱底座,将必要部件数量从四个减少为一个,节省了35%的重量(从500g减少至330g),新部件提升了5倍刚度,减少了50%的设计时间,使用新的制造流程,节省了90%的材料浪费。

在国内,通过铂力特(BLT)在轻量化设计方面的经验和金属3D打印技术的支持,北理工方程式赛车队将赛车立柱的创新设计变成现实,不仅保证了极高的制造精度,并在轻量化上表现出色,立柱零件实物减重20%,强度提高140%。

虽然数字化和自动化的过程在中小企业中变得越来越根深蒂固,而增材制造仍在不断健全生态圈追随其发展。这些制造技术在赛车运动中获得不断的完善,最终自上而下的延伸到更广泛的商业环境中。

在过去的十多年中,在3D打印技术的影响下,零部件的设计发生了很大的变化。这些巧妙设计的产品将提升制造业的附加值,3D打印-增材制造技术将与机加工车间的其他制造技术有机的融合在一起,造就精确、强大的零件生产。

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