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

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

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)動機的設計、研發(fā)和制造。旗艦發(fā)動機包括10,000rpm、1,000+HP的V12發(fā)動機，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。擁有卓越賽車生產(chǎn)技術的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)動機設計理念。圖中（左1）3D打印設備為遠鑄智能FUNMAT HT。

 擴大業(yè)務

只為更好地傳達賽車技術理念

在過去， Hartley Engines 的主要業(yè)務一直是為專業(yè)賽車比賽中的頂級團隊生產(chǎn)賽車發(fā)動機，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。最近，為了更好地傳達他們的賽車技術理念， 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，同時也向世界各地的普通消費者零售他們的賽車組件。另外Hartley Engines 發(fā)動機的生產(chǎn)優(yōu)勢之一是能夠非常迅速地完成設計和相應開發(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)動機測功機和氣流測試設備組成。

將增材制造技術帶入生產(chǎn)

因為隨著業(yè)務模式的變化，尼爾森和他的團隊也在不斷優(yōu)化生產(chǎn)鏈思路，使其達到新的水平。他們開始嘗試采用增材制造技術生產(chǎn)部件，探索在發(fā)動機研發(fā)中使用3D打印的可能性?！拔液茉缇桶l(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)動機的進氣歧管和感應部件。團隊用在進氣道的材料是，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，這讓進氣道可以盡量保持涼爽，一旦低溫空氣進入發(fā)動機，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計的靈活性。團隊非常重視進氣口的形狀，它不只是簡單地在一塊板上加工一個圓孔，可以通過3D打印完成極其復雜的曲線和形狀，從而使其與汽缸蓋的CAD模型保持一致?！?/span>

為滿足生產(chǎn)要求保駕護航

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，往往還是難以達到 “生產(chǎn)要求”。在收到第一臺INTAMSYS FUNMAT HT 3D打印設備之前，Hartley Engines在打印高溫聚合物的成功率約為15-20%。浪費的打印件遠遠超出了Hartley Engines的承受能力，當一些塑料的價格超過500美元/公斤（加上運往新西蘭的運費）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 能夠同時運行多臺打印機。FUNMAT HT 3D打印設備相比傳統(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打磨后拼接在一起。下右圖是復合材料模具經(jīng)過整個碳纖維鋪設和固化過程后制成的最終高性能產(chǎn)品。

渦輪增壓發(fā)動機的通風口

從賽車到更廣泛的制造應用

方程式賽車的制造技術處于開發(fā)制造技術的前沿，在與賽車制造團隊共同開發(fā)的過程中，增材制造設備廠商也提煉出先進的制造工藝，從而進一步確認市場競爭地位。毋庸置疑，賽車運動仍然是技術加速器之一。在過去十年中，增材制造-3D打印技術已成為賽車現(xiàn)代設計和原型、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域，伴隨著3D打印技術的發(fā)展，基于材料擠出工藝的塑料及復合材料3D打印技術在汽車行業(yè)的應用場景也日漸豐富，在汽車行業(yè)的幾乎每一環(huán)節(jié)都能承擔相應的任務。

此前，曾分享了遠鑄智能3D打印技術的汽車制造應用，在早期的設計開發(fā)環(huán)節(jié)中，FDM/FFF 3D打印技術能夠輔助設計研發(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打印技術成熟度的進一步提升，未來汽車制造領域?qū)⑴c3D打印技術結(jié)合的更為緊密。

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