保时捷开发3D打印发动机活塞,建立高应力驱动部件增材制造里程碑!

近日,保时捷发布了通过粉末床选区激光熔化3D打印技术为911 GT2 RS双涡轮增压发动机生产的活塞。在这一应用中,通过面向增材制造的设计实现轻量化不是唯一的目的,保时捷还通过优化活塞的设计使发动机获得更强动力与更高效率。

Part_Auto_Porsche_1保时捷3D打印发动机活塞。来源:保时捷

block 唯有增材制造才能实现的设计

保时捷在设计3D打印活塞时,活塞的结构针对作用在活塞上的负载进行了优化。

Auto_Porsche_2来源:保时捷

根据保时捷公布的数据,来自先期开发项目的活塞重量比锻造批量生产的活塞轻百分之十。在活塞顶盖中具有一个集成的封闭式冷却通道,这是传统方法无法实现的。

Part_Auto_Porsche_3来源:保时捷

借助新型、轻量化的增材制造活塞,保时捷团队可以提高发动机转速,降低活塞上的温度负荷并优化燃烧。这些通过面向增材制造设计而获得的性能,使得700 PS的双涡轮增压发动机有可能获得多达30 PS的额外的动力,同时提高了效率。

Part_Auto_Porsche_4选区激光熔化设备正在制造活塞。来源:保时捷

911 GT2 RS发动机活塞的增材制造技术为选区激光熔化,材料是一种特殊的铝合金粉末。德国通快(Trumpf)是这个项目的合作伙伴之一。

保时捷对增材制造活塞进行了测试,目前生产的所有组件已通过测试。

block 3D科学谷Review

尽管对于金属3D打印直接制造汽车零部件的质疑一直存在,但领先的汽车制造商仍在质疑中寻求结合点与突破点。

根据3D科学谷的市场观察,保时捷已经在多个领域采用增材制造工艺。例如,从2020年5月开始,为911和718系列提供3D打印人体形态座椅,座椅靠垫和靠背表面采用了3D打印点阵结构,保时捷通过设计来调整点阵结构的硬度,为其汽车用户提供三个硬度级别的座椅。

在动力总成零部件增材制造领域,除了本期分享的发动机活塞之外,保时捷还与GKN 合作通过金属3D打印开发新型电子驱动动力总成的新应用。GKN根据粉末床金属熔融(PBF) 增材制造的特点,针对更高的设计自由度、更高效、更集成的动力系统开发了特定的钢材料,这种钢材料能够承受高磨损和负载,并结合3D打印所实现的功能集成进一步减轻重量。保时捷工程部门则研究如何在其电子驱动动力系统中实施新材料。采用结构优化技术结合GKN的材料,保时捷实现了差速器的独特设计(包括齿圈),通过这种齿轮减重和刚性形状的组合,实现了更高效的传动。随着金属增材制造继续发展并成为主流工艺,3D打印差速器不仅可以扩展到原型或赛车运动,而且还可以扩展到批量生产。保时捷已为新一代电子驱动动力总成零部件架设了通向未来之路。

显然,3D打印在汽车领域的应用早已不再局限于原型。根据3D科学谷的市场观察,宝马汽车更是认为在3D打印催生轻量化汽车生产趋势的潮流下,3D打印是一个必然的生产手段,而宝马要捍卫领先的汽车品牌地位,则必须通过3D打印技术实现汽车体验的升级。2020年6月,宝马投资超1亿元的慕尼黑3D打印工厂正式启动,将原型生产和批量零件的生产整合到了一起。宝马慕尼黑3D打印工厂的目标是将越来越多的3D打印技术用于汽车生产,并在流程链中实施新的自动化概念。这将使宝马能够简化用于批量生产的组件制造并加快迭代速度。同时,宝马正在与车辆开发、零部件生产、采购和供应商网络以及宝马的其他各个领域进行合作,以系统地集成3D打印技术并有效地利用。

深入了解3D打印在汽车零部件制造领域的应用,请前往延伸阅读中的3D科学谷白皮书专辑,参考《3D打印与新能源汽车白皮书》、《3D打印与热交换器及散热器应用》等白皮书。

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