高性能跑車制造商保時(shí)捷與機(jī)床制造商通快和汽車零件公司MAHLE合作，為其旗艦911超級跑車的發(fā)動(dòng)機(jī)提供3D打印活塞。利用激光金屬融合（LMF）3D打印技術(shù)，汽車制造商的工程師已經(jīng)能夠優(yōu)化汽車零件在負(fù)載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)。以AI為主導(dǎo)的增材制造技術(shù)還使保時(shí)捷能夠?qū)⒗鋮s管道集成到部件的“頂蓋”中。與批量生產(chǎn)的活塞相比，這些功能不僅使活塞的重量減輕了10％，而且還為保時(shí)捷增加了30 BHP發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力。

保時(shí)捷高級駕駛開發(fā)部門的弗蘭克·艾金格（Frank Ickinger）解釋說：“借助新型，更輕的活塞，我們可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低活塞上的溫度負(fù)荷并優(yōu)化燃燒。這使得從700 PS的雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最多30 PS的動(dòng)力成為可能，同時(shí)提高了效率。”

增材制造保時(shí)捷活塞

利用3D打印代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生產(chǎn)方法來制造活塞，使Porsche可以將材料的使用重點(diǎn)放在零部件承受最大外力的區(qū)域。這項(xiàng)技術(shù)使活塞比目前的超級跑車輕得多，并從其3.8升雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了30馬力的額外動(dòng)力，將其提升至730 BHP?！?3D打印使我們能夠仿生地構(gòu)建項(xiàng)目，并生產(chǎn)極其輕便而又高強(qiáng)度的組件，這些組件現(xiàn)在在我們進(jìn)行活塞設(shè)計(jì)時(shí)幫助我們減輕了很多重量?！瘪R勒公司高級企業(yè)工程學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Dominik Abele解釋說， “我們現(xiàn)在可以以更高的RPM運(yùn)行引擎，這會產(chǎn)生更多的動(dòng)力?！?/span>

重點(diǎn)放在活塞的外殼或“裙邊”上，以及與零件的“連桿”相遇的點(diǎn)，稱為“彈球”。將冷卻通道整合到組件中，從而降低了這些領(lǐng)域的溫度，并提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。此外，采用AI優(yōu)化活塞的形狀和基礎(chǔ)拓?fù)?，可以最大程度地減少對支撐材料的需求。因此，在此過程的后期，只需要除去零件“腕針”的孔即可。

保時(shí)捷使用馬勒內(nèi)部制造的高純度M174 +鋁合金粉末生產(chǎn)了六個(gè)原型活塞，并使用TRUMPF 5000系統(tǒng)對其進(jìn)行了3D打印。在總共需要12個(gè)小時(shí)的過程中，使用激光熔融3D打印技術(shù)構(gòu)造了零件的1200層，將粉末成型為最終產(chǎn)品。然后，已印刷的活塞要進(jìn)行與常規(guī)活塞相同的準(zhǔn)備步驟：機(jī)加工，測量和測試。

保時(shí)捷的3D打印活塞通過了初步驗(yàn)證測試。圖片來自保時(shí)捷。

驗(yàn)證新開發(fā)的添加劑零件

組件完成配置后，便進(jìn)入保時(shí)捷標(biāo)準(zhǔn)的“脈沖”測試，以檢查其壁厚。這些零件還接受了“撕裂”檢查，以確保其彈珠不會在負(fù)荷下變硬。 3D打印活塞不僅獲得通過，而且現(xiàn)在將繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步的工作臺評估，這些評估旨在測量其長期耐用性。為了測試其一致性，這些試驗(yàn)包括在各種速度下滿負(fù)荷運(yùn)行135小時(shí)和在拖動(dòng)負(fù)荷下運(yùn)行25小時(shí)。

“結(jié)果出爐了，所有活塞都通過了測試。接下來，要進(jìn)行基準(zhǔn)測試，即在最惡劣的條件下進(jìn)行200小時(shí)的耐久力測試?！瘪R勒原型制造負(fù)責(zé)人Ulrich Kunzmann補(bǔ)充說。 “積極的結(jié)果證實(shí)了3D打印的巨大潛力，特別是在高性能，小批量和有限運(yùn)行以及原型開發(fā)方面?！北M管測試仍在進(jìn)行中，但保時(shí)捷尚未承諾將3D打印部件安裝到其商用車中。盡管如此，該公司的確表示已經(jīng)在活塞的設(shè)計(jì)上發(fā)揮了安全作用，而且該零件仍可以進(jìn)一步優(yōu)化以提高性能。 “我們始終確保我們會犯錯(cuò)誤。我們的模擬結(jié)果表明，每個(gè)活塞的重量可能節(jié)省多達(dá)20％。然后可以將扭振阻尼器做得更小，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)更加自由旋轉(zhuǎn)。由于溫度降低而增加的熱阻也允許更高的燃燒壓力和甚至更提前的點(diǎn)火正時(shí)，這兩個(gè)因素都增加了功率和效率。” 因此，3D打印仍然是公司前進(jìn)路線的重要組成部分，并且對該技術(shù)在行業(yè)中的潛力感到興奮。 我相信增材制造將成為汽車研發(fā)和生產(chǎn)的重要組成部分。”

保時(shí)捷使用了通快的LMF 3D打印技術(shù)（如圖所示）來生產(chǎn)性能增強(qiáng)的活塞。圖片來自保時(shí)捷。

汽車行業(yè)的增材制造

保時(shí)捷并未承諾在量產(chǎn)車中使用其最新開發(fā)的活塞，但過去它已3D打印了一系列用于最終用途的零部件。例如，在2018年2月，這家超級跑車制造商開始為其稀有和經(jīng)典汽車印刷備件。隨后在今年早些時(shí)候宣布，它將進(jìn)行3D打印個(gè)性化的桶式座椅，以用于40個(gè)原型，用于歐洲賽道。

其他汽車公司也從增材制造中受益，例如初創(chuàng)公司Czinger，該公司計(jì)劃在2021年推出其首款3D打印超級跑車21C。使用3D打印，這輛價(jià)值170萬美元的汽車將減輕重量和成本。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法相比，具有更大的收益，并且受益于減少制造時(shí)間。

同時(shí)，增材制造咨詢公司APWORKS已為最新的布加迪Chiron超級跑車3D打印了金屬零件。排氣尾管組件采用鈦制成，以使其更加輕巧和耐高溫。

來源：網(wǎng)譯