賽車(chē)運(yùn)動(dòng)，如廣為人知的F1賽車(chē)，是世界上速度最快、技術(shù)最為領(lǐng)先的運(yùn)動(dòng)之一。而賽車(chē)制造技術(shù)伴隨其運(yùn)動(dòng)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(chē)制造團(tuán)隊(duì)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(chē)發(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)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造。旗艦發(fā)動(dòng)機(jī)包括10,000rpm、1,000+HP的V12發(fā)動(dòng)機(jī)，以及高轉(zhuǎn)速的 “一級(jí)方程式啟發(fā) Formula 1 Inspired ” 四凸輪V8發(fā)動(dòng)機(jī)。擁有卓越賽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)的Hartley Engines，在諸多賽車(chē)工程創(chuàng)新項(xiàng)目中獲得了獎(jiǎng)項(xiàng)。而Hartley Engines生產(chǎn)的賽車(chē)在新西蘭和澳大利亞各大賽車(chē)活動(dòng)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(chē)）。

Engine_Hartley Engines_2Hartley Engines公司尼爾森-哈特利（右）工作室討論發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(chē)技術(shù)理念

在過(guò)去， Hartley Engines 的主要業(yè)務(wù)一直是為專(zhuān)業(yè)賽車(chē)比賽中的頂級(jí)團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)賽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，他們的大部分的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都非常保密，只為特定的客戶(hù)提供服務(wù)。最近，為了更好地傳達(dá)他們的賽車(chē)技術(shù)理念， Hartley Engines 開(kāi)始向通用引擎開(kāi)發(fā)商提供他們的引擎套件和開(kāi)發(fā)技術(shù)，同時(shí)也向世界各地的普通消費(fèi)者零售他們的賽車(chē)組件。另外Hartley Engines 發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)之一是能夠非常迅速地完成設(shè)計(jì)和相應(yīng)開(kāi)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(chē)床、發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)和氣流測(cè)試設(shè)備組成。

將增材制造技術(shù)帶入生產(chǎn)

因?yàn)殡S著業(yè)務(wù)模式的變化，尼爾森和他的團(tuán)隊(duì)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(kāi)始嘗試采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)部件，探索在發(fā)動(dòng)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(shì)。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(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管和感應(yīng)部件。團(tuán)隊(duì)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?xún)?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(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(jì)的靈活性。團(tuán)隊(duì)非常重視進(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)雜的曲線和形狀，從而使其與汽缸蓋的CAD模型保持一致。”

為滿(mǎn)足生產(chǎn)要求保駕護(hù)航

盡管3D打印的優(yōu)點(diǎn)充滿(mǎn)了吸引力，然而令 Hartley Engines 困擾的是，即便是在測(cè)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(tái)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(jià)格超過(guò)500美元/公斤（加上運(yùn)往新西蘭的運(yùn)費(fèi)）時(shí)，通過(guò)3D打印零件來(lái)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(lái)，使這一情況發(fā)生了改變。隨著Hartley Engines 采購(gòu)了第二臺(tái)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(tái)INTAMSYS FUNMAT HT也在采購(gòu)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(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(yùn)行多臺(tái)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(bào)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(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)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)品。

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(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)處于開(kāi)發(fā)制造技術(shù)的前沿，在與賽車(chē)制造團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)發(fā)的過(guò)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位。毋庸置疑，賽車(chē)運(yùn)動(dòng)仍然是技術(shù)加速器之一。在過(guò)去十年中，增材制造-3D打印技術(shù)已成為賽車(chē)現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(yùn)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)環(huán)境中。如著眼于更廣泛的汽車(chē)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(chē)行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景也日漸豐富，在汽車(chē)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(chē)制造應(yīng)用，在早期的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)中，FDM/FFF 3D打印技術(shù)能夠輔助設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)的原型驗(yàn)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(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)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(lái)汽車(chē)制造領(lǐng)域?qū)⑴c3D打印技術(shù)結(jié)合的更為緊密。

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