在比賽中,每一毫秒都關(guān)系到是否第一個(gè)沖過終點(diǎn)線。德國曼海姆應(yīng)用科學(xué)大學(xué)(Mannheim University of Applied Sciences)的 Delta 賽車隊(duì)每年都會(huì)優(yōu)化方程式賽車。今年最大的改進(jìn)是底盤轉(zhuǎn)向節(jié)采用增材制造技術(shù),通過易加三維EP-M260精確數(shù)值計(jì)算方法、拓?fù)浜蜕a(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì),打印成型鋁制組件,與之前的 CNC 銑削部件相比,可實(shí)現(xiàn)整車重量減輕50%以上,顯著提高賽車性能。
在比賽中,賽車重量對(duì)性能和駕駛操作起著決定性的作用。其中,輪架是傳遞力的重要部分,采用增材制造工藝可為輪架的設(shè)計(jì)加工實(shí)現(xiàn)更多可能性。通過計(jì)算機(jī)輔助分析,使用有限元方法 (FEM) 等工具對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,用軟件分析出各零部件的主要載荷并計(jì)算優(yōu)化零件幾何形狀,有效提高制造效率,同時(shí)避免了反復(fù)修改零件的高昂成本。
設(shè)計(jì)
拓?fù)鋬?yōu)化的目的是減少零件重量的同時(shí)達(dá)到屈服要求,平均屈服由18個(gè)載荷零件各自的安全因子組成。利用軟件詳細(xì)展現(xiàn)設(shè)計(jì)中輸出質(zhì)量和目標(biāo)質(zhì)量的比率,通過多次迭代計(jì)算并進(jìn)一步細(xì)化最佳解決方案。為了確保零件的順利生產(chǎn),進(jìn)行了多次仿真模擬優(yōu)化以確保拓?fù)鋬?yōu)化零件的可制造性。此項(xiàng)目是由 Delta Racing e.V. 的參與者、加工專家 Klaeger Pr?zision GmbH & Co. KG 以及 易加三維的技術(shù)咨詢團(tuán)隊(duì)一起開發(fā)。
零件的生產(chǎn)過程如下:
1、 用易加三維EP-M260金屬粉末床融熔3D打印機(jī)打印出零件。
2、 將連同基板和零件放進(jìn)真空爐中退火以降低零件內(nèi)部的應(yīng)力。
3、 利用線切割技術(shù),零件與基板分離并移除支撐結(jié)構(gòu)。
4、 對(duì)零件表面進(jìn)行噴砂處理,利用5軸CNC銑床對(duì)零件精細(xì)處理。
5、質(zhì)檢
總結(jié)
通過采用增材制造和拓?fù)鋬?yōu)化方法,新型轉(zhuǎn)向節(jié)代表了Delta Racing 賽車開發(fā)新的里程碑。在季前賽,用的是CNC 銑削加工轉(zhuǎn)向節(jié),但通過仿真設(shè)計(jì)和增材制造技術(shù)的應(yīng)用,最大程度的挖掘了輕量化結(jié)構(gòu)的潛力,使新型轉(zhuǎn)向節(jié)重量減輕了50%。車輪周圍的所有重量都來自簧下質(zhì)量,它們直接作用在車輛上,新的轉(zhuǎn)向節(jié)零件每件僅重約550克,不受彈簧和阻尼器的影響。因此,非簧載質(zhì)量的大幅減少使駕駛行為顯著更加敏捷且更加方便。
毫無疑問,增材制造技術(shù)將在未來發(fā)揮更大的作用,易加三維正在開發(fā)直接打印、定制零件批量生產(chǎn)以及更廣泛應(yīng)用的更大零件制造技術(shù),將給各行各業(yè)打來深刻影響。