近年來,發(fā)動機制造商開始將3D打印技術應用在發(fā)動機制造領域,比較典型的應用包括使用選擇性激光熔化3D打印技術直接制造發(fā)動機零部件、使用選擇性激光燒結3D打印技術或黏結劑噴射3D打印技術制造汽車零部件鑄造用的砂?；蚴褂眠x擇性激光燒結3D打印技術制造鑄造工藝中的熔模。
雖然有些應用還處于探索階段,但3D打印技術在提升汽車發(fā)動機性能、縮短制造周期方面的優(yōu)勢已日漸清晰。下面介紹一個康明斯公司通過使用選擇性激光熔化3D打印技術制造輕量化柴油發(fā)動機支架的案例。
通過3D打印制造的柴油發(fā)動機支架,不僅提高了柴油機支架的性能,還為風扇驅(qū)動皮帶輪提供了錨點這個零件設計的突出優(yōu)點是輕量化性能改進并降低制造成本，在內(nèi)燃機中,發(fā)動機支架是負責連接動力總成系統(tǒng)的一個重要部件,不僅連接發(fā)動機,還連接變速器和附件,并將動力總成連接到車輛底盤上。
在優(yōu)化柴油機支架的過程中需要同時考慮到以下問題:
如何與相關的部件連接的問題;
理解選擇性激光熔化技術的長處和限制,在設計階段充分考慮后處理的要求;
制造時間和預算的要求。
在進行發(fā)動機支架的設計時,首先是獲得發(fā)動機支架的載荷要求,發(fā)動機支架的機械性能與負荷軸承密切相關。為了正確地確定所涉及的負載優(yōu)化問題,項目小組對整車中的部件進行了測試,在特殊的軌道運行情況下,發(fā)動機系統(tǒng)開始進行了加速運轉(zhuǎn),根據(jù)分布在整個動力總成系統(tǒng)的加速度及監(jiān)測結果,項目小組獲得了相關的負載值,并且還額外考慮到功耗與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的曲線、車輛占空比、在其他環(huán)境下的輪轂負載情況等多種因素。
這些數(shù)據(jù)被輸入氣缸體的有限元模型中,從而形成數(shù)學優(yōu)化的迭代計算過程。在本案例中,拓撲優(yōu)化技術讓設計師直接專注于要實現(xiàn)的機械性能:給定載荷、邊界條件和設計量,求解器可以找到最有效的結構數(shù)量和材料分布。當然要達到最佳的優(yōu)化設計結果是個“瞻前顧后”的問題,在設計時不僅僅需要做一個充分的設計分析,還需要了解如何獲得最?經(jīng)濟效益,并通過簡化裝配過程或避免機加工過程中使用昂貴的非標刀具,來降低制造成本。
3D打印技術的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在:
形狀復雜度:小批量的生產(chǎn)中選擇性激光熔化3D打印技術更具備經(jīng)濟優(yōu)勢,尤其是當涉及定制化和優(yōu)化的幾何槽形結構的時候
高分辨率:通過精細的激光束,逐點逐層熔化金屬粉末獲得精細的內(nèi)部層次復雜度:在具有足夠分辨率的僉屬3D打印設備上,精細的功能制造意味著復雜的分層多尺度結構。
功能復雜度:幾何的靈活性使得將原來需要幾個零件組裝而成的部件可以作為一個整體打印出來。
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公安機關備案號:44030902000839
郭生
