速度與創(chuàng)新！快來體驗F1賽車制造界的3D打印先進(jìn)應(yīng)用

魔猴君  行業(yè)資訊   942天前

賽車運(yùn)動，如廣為人知的F1賽車，是世界上速度最快、技術(shù)最為領(lǐng)先的運(yùn)動之一。而賽車制造技術(shù)伴隨其運(yùn)動的發(fā)展，一直在工業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)域中遙遙領(lǐng)先。本期，分享的是新西蘭賽車制造團(tuán)隊Hartley Engines 將遠(yuǎn)鑄智能3D打印技術(shù)融入生產(chǎn)的應(yīng)用案例。

 EnginesHartley Engines 使用3D打印部件、坯料部件和預(yù)浸碳纖維部件混合成的賽車發(fā)動機(jī) 。 

Hartley Engines 是一家來自新西蘭的賽車制造公司，為賽車和一些小型汽車提供發(fā)動機(jī)的設(shè)計、研發(fā)和制造。旗艦發(fā)動機(jī)包括10,000rpm、1,000+HP的V12發(fā)動機(jī)，以及高轉(zhuǎn)速的 “一級方程式啟發(fā) Formula 1 Inspired ” 四凸輪V8發(fā)動機(jī)。擁有卓越賽車生產(chǎn)技術(shù)的Hartley Engines，在諸多賽車工程創(chuàng)新項目中獲得了獎項。而Hartley Engines生產(chǎn)的賽車在新西蘭和澳大利亞各大賽車活動中贏得了冠軍，并且在邦納維爾打破了陸地速度紀(jì)錄（1000cc迷你車）。

Engine_Hartley Engines_2Hartley Engines公司尼爾森-哈特利（右）工作室討論發(fā)動機(jī)設(shè)計理念。圖中（左1）3D打印設(shè)備為遠(yuǎn)鑄智能FUNMAT HT。

 擴(kuò)大業(yè)務(wù)

只為更好地傳達(dá)賽車技術(shù)理念

在過去， Hartley Engines 的主要業(yè)務(wù)一直是為專業(yè)賽車比賽中的頂級團(tuán)隊生產(chǎn)賽車發(fā)動機(jī)，他們的大部分的開發(fā)項目都非常保密，只為特定的客戶提供服務(wù)。最近，為了更好地傳達(dá)他們的賽車技術(shù)理念， Hartley Engines 開始向通用引擎開發(fā)商提供他們的引擎套件和開發(fā)技術(shù)，同時也向世界各地的普通消費(fèi)者零售他們的賽車組件。另外Hartley Engines 發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)優(yōu)勢之一是能夠非常迅速地完成設(shè)計和相應(yīng)開發(fā)，并且投入生產(chǎn)。他們的工廠由5軸數(shù)控銑床、數(shù)控車床、發(fā)動機(jī)測功機(jī)和氣流測試設(shè)備組成。

將增材制造技術(shù)帶入生產(chǎn)

因為隨著業(yè)務(wù)模式的變化，尼爾森和他的團(tuán)隊也在不斷優(yōu)化生產(chǎn)鏈思路，使其達(dá)到新的水平。他們開始嘗試采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)部件，探索在發(fā)動機(jī)研發(fā)中使用3D打印的可能性。“我很早就發(fā)現(xiàn)了使用3D打印的優(yōu)勢。一些高端塑料材料的特性令人印象深刻，非常適合做發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管和感應(yīng)部件。團(tuán)隊用在進(jìn)氣道的材料是，含有25%的碳纖維的高溫尼龍（PA），PA-CF的溫度兼容性優(yōu)于傳統(tǒng)工藝鋁。它的傳熱速度非常慢，這讓進(jìn)氣道可以盡量保持涼爽，一旦低溫空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)，其就能幫助燃燒。” 尼爾森-哈特利還表示， “3D打印流道和喇叭口的額外好處是設(shè)計的靈活性。團(tuán)隊非常重視進(jìn)氣口的形狀，它不只是簡單地在一塊板上加工一個圓孔，可以通過3D打印完成極其復(fù)雜的曲線和形狀，從而使其與汽缸蓋的CAD模型保持一致。”

為滿足生產(chǎn)要求保駕護(hù)航

盡管3D打印的優(yōu)點充滿了吸引力，然而令 Hartley Engines 困擾的是，即便是在測試中成功了的3D打印的樣件，往往還是難以達(dá)到 “生產(chǎn)要求”。在收到第一臺INTAMSYS FUNMAT HT 3D打印設(shè)備之前，Hartley Engines在打印高溫聚合物的成功率約為15-20%。浪費(fèi)的打印件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了Hartley Engines的承受能力，當(dāng)一些塑料的價格超過500美元/公斤（加上運(yùn)往新西蘭的運(yùn)費(fèi)）時，通過3D打印零件來優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈的可能性變得微乎其微。然而，FUNMAT HT 3D打印設(shè)備的到來，使這一情況發(fā)生了改變。隨著Hartley Engines 采購了第二臺FUNMAT HT，現(xiàn)在他們正在車間里建立一個增材制造部門，另外一臺INTAMSYS FUNMAT HT也在采購中。

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，Hartley Engines 一直面臨著要盡快將零件推向市場的問題。由于賽車零部件都是單體定制，傳統(tǒng)制造工藝并不能滿足他們的需求。在合理規(guī)劃增材制造流程后，Hartley Engines 能夠同時運(yùn)行多臺打印機(jī)。FUNMAT HT 3D打印設(shè)備相比傳統(tǒng)制造工藝更有效率，且具有更高的投資回報率。

3D打印部件主要用于進(jìn)氣歧管的空氣角和流道

3D打印也被用于制作渦輪增壓發(fā)動機(jī)的排氣管，下左圖是打印樣件。首先會用FUNMAT HT將樣件分塊打印，然后把幾塊樣件的表面仔細(xì)打磨后拼接在一起。下右圖是復(fù)合材料模具經(jīng)過整個碳纖維鋪設(shè)和固化過程后制成的最終高性能產(chǎn)品。

渦輪增壓發(fā)動機(jī)的通風(fēng)口

從賽車到更廣泛的制造應(yīng)用

方程式賽車的制造技術(shù)處于開發(fā)制造技術(shù)的前沿，在與賽車制造團(tuán)隊共同開發(fā)的過程中，增材制造設(shè)備廠商也提煉出先進(jìn)的制造工藝，從而進(jìn)一步確認(rèn)市場競爭地位。毋庸置疑，賽車運(yùn)動仍然是技術(shù)加速器之一。在過去十年中，增材制造-3D打印技術(shù)已成為賽車現(xiàn)代設(shè)計和原型、以及參賽車輛零部件制造過程的重要部分。增材制造零件在賽車運(yùn)動中獲得不斷的完善，最終將自上而下的延伸到更廣泛的商業(yè)環(huán)境中。如著眼于更廣泛的汽車制造領(lǐng)域，伴隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，基于材料擠出工藝的塑料及復(fù)合材料3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用場景也日漸豐富，在汽車行業(yè)的幾乎每一環(huán)節(jié)都能承擔(dān)相應(yīng)的任務(wù)。

此前，曾分享了遠(yuǎn)鑄智能3D打印技術(shù)的汽車制造應(yīng)用，在早期的設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)中，FDM/FFF 3D打印技術(shù)能夠輔助設(shè)計研發(fā)環(huán)節(jié)的原型驗證；在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，可用于制造工廠需要的工裝夾具；在汽車后市場中，可應(yīng)用于汽車的改裝、維修等定制化的需求，包括小批量生產(chǎn)終端零件。

相信隨著3D打印技術(shù)成熟度的進(jìn)一步提升，未來汽車制造領(lǐng)域?qū)⑴c3D打印技術(shù)結(jié)合的更為緊密。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/42518.html