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

Hartley Engines 是一家來(lái)自新西蘭的賽車(chē)制造公司，為賽車(chē)和一些小型汽車(chē)提供發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計、研發(fā)(fā)和制造。旗艦發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)包括10,000rpm、1,000+HP的V12發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)，以及高轉(zhuǎn)速的 “一級方程式啟發(fā)(fā) Formula 1 Inspired ” 四凸輪V8發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)。擁有卓越賽車(chē)生產(chǎn)(chǎn)技術(shù)(shù)的Hartley Engines，在諸多賽車(chē)工程創(chuàng )(chuàng)新項目中獲得了獎項。而Hartley Engines生產(chǎn)(chǎn)的賽車(chē)在新西蘭和澳大利亞各大賽車(chē)活動(dòng)中贏(yíng)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(chē)）。

Engine_Hartley Engines_2Hartley Engines公司尼爾森-哈特利（右）工作室討論發(fā)(fā)動(dòng)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)(yè)務(wù)(wù)

只為更好地傳達(dá)賽車(chē)技術(shù)(shù)理念

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

將增材制造技術(shù)(shù)帶入生產(chǎn)(chǎn)

因為隨著(zhù)業(yè)(yè)務(wù)(wù)模式的變化，尼爾森和他的團(tuán)隊也在不斷優(yōu)(yōu)化生產(chǎn)(chǎn)鏈思路，使其達(dá)到新的水平。他們開(kāi)始嘗試采用增材制造技術(shù)(shù)生產(chǎn)(chǎn)部件，探索在發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)(fā)中使用3D打印的可能性?！拔液茉緹桶l(fā)(fā)現(xiàn)了使用3D打印的優(yōu)(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)(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)(jìn)氣歧管和感應(yīng)部件。團(tuán)隊用在進(jìn)(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?xún)?yōu)(yōu)于傳統(tǒng)工藝鋁。它的傳熱速度非常慢，這讓進(jìn)(jìn)氣道可以盡量保持涼爽，一旦低溫空氣進(jìn)(jìn)入發(fā)(fā)動(dòng)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)(jìn)氣口的形狀，它不只是簡(jiǎn)單地在一塊板上加工一個(gè)圓孔，可以通過(guò)3D打印完成極其復(fù)雜的曲線(xiàn)和形狀，從而使其與汽缸蓋的CAD模型保持一致?！?/span>

為滿(mǎn)足生產(chǎn)(chǎn)要求保駕護(hù)航

盡管3D打印的優(yōu)(yōu)點(diǎn)充滿(mǎn)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)(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(jià)格超過(guò)500美元/公斤（加上運往新西蘭的運費）時(shí)，通過(guò)3D打印零件來(lái)優(yōu)(yōu)化產(chǎn)(chǎn)業(yè)(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(lái)，使這一情況發(fā)(fā)生了改變。隨著(zhù)Hartley Engines 采購了第二臺FUNMAT HT，現(xiàn)在他們正在車(chē)間里建立一個(gè)增材制造部門(mén)，另外一臺INTAMSYS FUNMAT HT也在采購中。

隨著(zhù)業(yè)(yè)務(wù)(wù)的發(fā)(fā)展，Hartley Engines 一直面臨著(zhù)要盡快將零件推向市場(chǎng)的問(wèn)題。由于賽車(chē)零部件都是單體定制，傳統(tǒng)制造工藝并不能滿(mǎn)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(shí)運行多臺打印機(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)(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)(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管，下左圖是打印樣件。首先會(huì )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)(jīng)過(guò)整個(gè)碳纖維鋪設(shè)和固化過(guò)程后制成的最終高性能產(chǎn)(chǎn)品。

渦輪增壓發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)(fēng)口

從賽車(chē)到更廣泛的制造應(yīng)用

方程式賽車(chē)的制造技術(shù)(shù)處于開(kāi)發(fā)(fā)制造技術(shù)(shù)的前沿，在與賽車(chē)制造團(tuán)隊共同開(kāi)發(fā)(fā)的過(guò)程中，增材制造設(shè)備廠(chǎng)商也提煉出先進(jìn)(jìn)的制造工藝，從而進(jìn)(jìn)一步確認(rèn)市場(chǎng)競爭地位。毋庸置疑，賽車(chē)運動(dòng)仍然是技術(shù)(shù)加速器之一。在過(guò)去十年中，增材制造-3D打印技術(shù)(shù)已成為賽車(chē)現(xiàn)代設(shè)計和原型、以及參賽車(chē)輛零部件制造過(guò)程的重要部分。增材制造零件在賽車(chē)運動(dòng)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)(yè)環(huán)(huán)境中。如著(zhù)眼于更廣泛的汽車(chē)制造領(lǐng)(lǐng)域，伴隨著(zhù)3D打印技術(shù)(shù)的發(fā)(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)(shù)在汽車(chē)行業(yè)(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景也日漸豐富，在汽車(chē)行業(yè)(yè)的幾乎每一環(huán)(huán)節(jié)都能承擔(dān)相應(yīng)的任務(wù)(wù)。

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

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

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