3D打印鈦合金剎車踏板減重可達(dá)32%

近日，南極熊了解到，納斯卡車隊(duì)Stewart-Haas車隊(duì)為了改善剎車系統(tǒng)的性能，已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)向3D打印。據(jù)該車隊(duì)聲稱，通過(guò)3D技術(shù)改進(jìn)的賽車制動(dòng)踏板將為今年冠軍挑戰(zhàn)增添一大籌碼。

斯圖爾特-哈斯車隊(duì)與歐特克公司合作，利用Fusion 360生成式設(shè)計(jì)軟件，使其制動(dòng)踏板輕了32%，同時(shí)提高了其剛性和整體安全性。通過(guò)雷尼紹的RenAM 500Q系統(tǒng)進(jìn)行3D打印，改進(jìn)后的踏板現(xiàn)在已經(jīng)安裝在科爾-卡斯特的750馬力福特野馬上，目的是使他的單圈時(shí)間下降，并幫助他在系列賽的排名中上升。

斯圖爾特-哈斯車隊(duì)工程整合經(jīng)理沃爾特-米切爾說(shuō)："能夠利用歐特克的生成設(shè)計(jì)和雷尼紹的金屬打印能力，將打開以前使用傳統(tǒng)制造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的大門。從而提高性能，提高速度，降低圈速。"

3D打印升級(jí)剎車

像任何賽車運(yùn)動(dòng)一樣，納斯卡是所有關(guān)于細(xì)微的利潤(rùn)和團(tuán)隊(duì)將他們的設(shè)計(jì)推到運(yùn)動(dòng)規(guī)則的絕對(duì)極限，以獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。斯圖爾特-哈斯車隊(duì)的賽車目前在錦標(biāo)賽中分別排在第10、第23、第24和第28位，該車隊(duì)在本賽季初采用了3D打印技術(shù)，目的是開發(fā)升級(jí)產(chǎn)品，提高車手的排名。

在轉(zhuǎn)向增材制造之前，斯圖爾特-哈斯車隊(duì)首先與歐特克公司合作，使用Fusion 360的迭代設(shè)計(jì)功能來(lái)完善和模擬其新的制動(dòng)踏板的性能。與傳統(tǒng)部件相比，該團(tuán)隊(duì)能夠修改其設(shè)計(jì)，使其具有復(fù)雜的格子狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且預(yù)測(cè)表明它比以前更硬、更輕。

據(jù)歐特克研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人Mike Grau表示：“事實(shí)證明，F(xiàn)usion 360對(duì)踏板的優(yōu)化至關(guān)重要。在過(guò)去，對(duì)于增材制造技術(shù)，問(wèn)題在于你如何創(chuàng)造模擬設(shè)計(jì)，因?yàn)榱悴考�包含這些復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)和空心結(jié)構(gòu)。你如何創(chuàng)建一個(gè)裝配設(shè)計(jì)，提供一個(gè)模擬設(shè)計(jì)？"

△斯圖爾特-哈斯公司剛打印出來(lái)的3D剎車踏板。圖片來(lái)自歐特克

△打印過(guò)程

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Grau說(shuō)，歐特克和斯圖爾特-哈斯公司決定將其踏板設(shè)計(jì)中的單個(gè)元素?cái)?shù)量減少到最低限度便于使用。這樣一來(lái)，公司的工程師們就能夠創(chuàng)建一個(gè)擁有數(shù)萬(wàn)個(gè)元素的網(wǎng)格，而不是數(shù)百萬(wàn)個(gè)，這對(duì)他們運(yùn)行所需的模擬過(guò)程至關(guān)重要。

在修改了制動(dòng)踏板的設(shè)計(jì)后，斯圖爾特-哈斯公司將其送到雷尼紹公司，在那里用鈦合金進(jìn)行3D打印，并進(jìn)行噴砂處理，使其達(dá)到最終使用的效果。然而，鑒于該部件的安全性質(zhì)，車隊(duì)在使用前需要在比賽條件下對(duì)其進(jìn)行壓力測(cè)試，因此他們?cè)诙ㄖ频臏y(cè)試夾具上對(duì)其進(jìn)行了3000磅的完整負(fù)載限制。

在受壓狀態(tài)下，升級(jí)后的踏板不僅成功地避免了故障，而且顯示出比前代產(chǎn)品高50%的硬度。對(duì)歐特克來(lái)說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目最終證明了其軟件在賽車部件優(yōu)化方面的潛力，盡管這個(gè)過(guò)程花了兩個(gè)月才完成，但該公司堅(jiān)持認(rèn)為，這個(gè)時(shí)間尺度在將來(lái)可以大大縮短。

Grau總結(jié)道："最初我們花了一天時(shí)間來(lái)創(chuàng)建一個(gè)單元，兩周后，我們能夠在30分鐘內(nèi)創(chuàng)建30個(gè)單元格，但電腦崩潰了好幾次。六個(gè)月后，我們可以在幾分鐘內(nèi)完成整個(gè)晶格的設(shè)計(jì)。如果你看看我們的來(lái)歷和我們的工作，我們?nèi)〉玫倪M(jìn)展幾乎是指數(shù)級(jí)的。"

用3D打印突破壁壘

汽車制造商正越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向拓?fù)鋬?yōu)化和生成設(shè)計(jì)，作為開發(fā)具有最終用途的3D打印部件的一種手段。就在去年，弗勞恩霍夫IAPT與菲亞特克萊斯勒汽車公司的工程師合作，將其一款跑車的12個(gè)部件整合到一個(gè)單一的3D打印懸掛部件中，其重量比原來(lái)的要輕36%。

同樣，保時(shí)捷也與通快和馬勒合作，為其旗艦車型911超級(jí)跑車增材制造升級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。通過(guò)使用人工智能主導(dǎo)的3D打印工藝，該制造商已經(jīng)能夠?qū)⒗鋮s管道整合到實(shí)驗(yàn)活塞的"冠"上，一旦安裝，就能有效地為車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)增加30匹馬力。

具體到剎車系統(tǒng)，在過(guò)去的幾年里，一些汽車公司已經(jīng)嘗試了3D打印相關(guān)部件的想法。2019年7月，CarbonPerformance使用其專有的SK3L370N平臺(tái)來(lái)3D打印制動(dòng)卡鉗，不久之后，布加迪設(shè)法實(shí)現(xiàn)了類似的目標(biāo)，用SLM 500系統(tǒng)生產(chǎn)鈦卡鉗。