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保時捷超級跑車911 SUPERCAR將使用3D打印活塞

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高性能跑車制造商保時捷與機床制造商通快和汽車零件公司MAHLE合作，為其旗艦911超級跑車的發(fā)動機提供3D打印活塞。利用激光金屬融合（LMF）3D打印技術(shù)，汽車制造商的工程師已經(jīng)能夠優(yōu)化汽車零件在負載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)。以AI為主導的增材制造技術(shù)還使保時捷能夠?qū)⒗鋮s管道集成到部件的“頂蓋”中。與批量生產(chǎn)的活塞相比，這些功能不僅使活塞的重量減輕了10％，而且還為保時捷增加了30 BHP發(fā)動機的馬力。

保時捷高級駕駛開發(fā)部門的弗蘭克·艾金格（Frank Ickinger）解釋說：“借助新型，更輕的活塞，我們可以提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，降低活塞上的溫度負荷并優(yōu)化燃燒。這使得從700 PS的雙渦輪增壓發(fā)動機獲得最多30 PS的動力成為可能，同時提高了效率。”

增材制造保時捷活塞

利用3D打印代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生產(chǎn)方法來制造活塞，使Porsche可以將材料的使用重點放在零部件承受最大外力的區(qū)域。這項技術(shù)使活塞比目前的超級跑車輕得多，并從其3.8升雙渦輪增壓發(fā)動機產(chǎn)生了30馬力的額外動力，將其提升至730 BHP。“ 3D打印使我們能夠仿生地構(gòu)建項目，并生產(chǎn)極其輕便而又高強度的組件，這些組件現(xiàn)在在我們進行活塞設計時幫助我們減輕了很多重量?！瘪R勒公司高級企業(yè)工程學項目負責人Dominik Abele解釋說， “我們現(xiàn)在可以以更高的RPM運行引擎，這會產(chǎn)生更多的動力?！?/span>

重點放在活塞的外殼或“裙邊”上，以及與零件的“連桿”相遇的點，稱為“彈球”。將冷卻通道整合到組件中，從而降低了這些領域的溫度，并提高了發(fā)動機的整體效率。此外，采用AI優(yōu)化活塞的形狀和基礎拓撲，可以最大程度地減少對支撐材料的需求。因此，在此過程的后期，只需要除去零件“腕針”的孔即可。

保時捷使用馬勒內(nèi)部制造的高純度M174 +鋁合金粉末生產(chǎn)了六個原型活塞，并使用TRUMPF 5000系統(tǒng)對其進行了3D打印。在總共需要12個小時的過程中，使用激光熔融3D打印技術(shù)構(gòu)造了零件的1200層，將粉末成型為最終產(chǎn)品。然后，已印刷的活塞要進行與常規(guī)活塞相同的準備步驟：機加工，測量和測試。

保時捷的3D打印活塞通過了初步驗證測試。圖片來自保時捷。

驗證新開發(fā)的添加劑零件

組件完成配置后，便進入保時捷標準的“脈沖”測試，以檢查其壁厚。這些零件還接受了“撕裂”檢查，以確保其彈珠不會在負荷下變硬。 3D打印活塞不僅獲得通過，而且現(xiàn)在將繼續(xù)進行進一步的工作臺評估，這些評估旨在測量其長期耐用性。為了測試其一致性，這些試驗包括在各種速度下滿負荷運行135小時和在拖動負荷下運行25小時。

“結(jié)果出爐了，所有活塞都通過了測試。接下來，要進行基準測試，即在最惡劣的條件下進行200小時的耐久力測試?！瘪R勒原型制造負責人Ulrich Kunzmann補充說。 “積極的結(jié)果證實了3D打印的巨大潛力，特別是在高性能，小批量和有限運行以及原型開發(fā)方面。”盡管測試仍在進行中，但保時捷尚未承諾將3D打印部件安裝到其商用車中。盡管如此，該公司的確表示已經(jīng)在活塞的設計上發(fā)揮了安全作用，而且該零件仍可以進一步優(yōu)化以提高性能。 “我們始終確保我們會犯錯誤。我們的模擬結(jié)果表明，每個活塞的重量可能節(jié)省多達20％。然后可以將扭振阻尼器做得更小，從而使發(fā)動機更加自由旋轉(zhuǎn)。由于溫度降低而增加的熱阻也允許更高的燃燒壓力和甚至更提前的點火正時，這兩個因素都增加了功率和效率。” 因此，3D打印仍然是公司前進路線的重要組成部分，并且對該技術(shù)在行業(yè)中的潛力感到興奮。我相信增材制造將成為汽車研發(fā)和生產(chǎn)的重要組成部分。”