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汽車

3D打印技術助力福特加速賽車及民用車輛研發

作為美國久負盛名的耐力賽事,每年一度的Daytona 24小時耐力賽對各參賽車隊的車手和賽車不啻為一場艱苦卓絕的考驗,而對參與其中的汽車公司來說,則是驗證和展示其工程技術創新的絕好平臺。 2015年的Daytona 24小時耐力賽競爭異常激烈,直到最后一小時才分出勝負,最終Chip Ganassi車隊一舉奪冠,而驅動他們參賽原型賽車的心臟,正是來自福特的3.5升EcoBoost雙渦輪增壓發動機,更重要的是,此次競賽的賽車發動機進氣歧管,全部由3D打印制作而成。

關義2015.07.02

“3D打印技術徹底改變了Daytona原型賽車的開發過程,”3.5升EcoBoost賽車發動機工程師Victor Martinez表示。“近年來,3D打印技術發展的速度快如閃電,不光加速了我們對賽車發動機的開發測試過程,甚至開始替代部分真正的賽車零部件。”

事實上,在2014年美國運動車錦標賽中,福特便開始利用3D打印技術加速對賽車進氣歧管的改進和調試,計算機輔助設計模型被送到福特快速原型實驗室,接受分析后便通過3D打印機進行制作,一周后樣品即可用于測功機試驗和賽道性能檢測。經過改善的3D打印進氣歧管更輕并擁有更好的進氣性能,在測試中大大超越了福特賽車工程師的預期,最終,他們決定將其和碳纖進氣歧管集氣室搭配,直接應用在2015 Daytona 24小時耐力賽的賽車上。

從公路到賽道,3D打印技術加速福特產品開發

早在27年前,福特就已經開始關注3D打印技術,并一直積極推動3D打印技術的應用,1988年,福特便購買了當時世界上第三臺3D打印機。今天,福特在車輛研發及制造過程中使用包括選擇性激光燒結技術,熔融沉積造型技術以及激光立體印刷術等前沿的3D打印技術,并與供應商緊密協作,將更多前沿技術導入市場。

對一家汽車公司而言,其在原型設計方面花費的時間越短,就會有越多的時間來改善設計,作為3D打印技術的應用先驅,從本質上講,3D打印技術讓福特成為了一家更好的汽車制造商,因為它大大縮短了公司在原型設計制造方面花費的時間。

傳統的模具通常采用“減材制造”,而3D打印則避開了過去的切削過程,通過“增材制造”方法直接將金屬打印成模具。目前,福特汽車公司共擁有五個3D打印原型制作中心,其中三個位于美國,兩個位于歐洲。在福特位于密歇根州迪爾伯恩的工廠中,14臺不同的工業3D打印機每年能制造出2萬個零部件。

隨著3D打印技術的發展,3D打印部件的質量顯著改善,變得越來越精確,實用性也越來越強,福特不僅將其用于賽車開發中,在民用車型開發設計中,3D打印也正在發揮越來越大的作用。

在用于測試車輛中的單獨組件原型(如汽缸蓋、進氣歧管和通風口、剎車盤等)開發方面,福特利用3D打印技術快速制造原型部件,節省了數月的開發時間。在EcoBoost發動機氣缸蓋生產中,福特由于使用了3D打印技術,將生產時間從4-5個月縮減到了3個月,大約縮短了25%~40%的生產時間。新福特Mustang的發動機蓋原型是福特利用3D打印制作的第50萬個零部件,也是3D打印技術在福特民用車型上應用的又一例證。

當然,今天的3D打印速度尚不足以用于大批量直接生產制造。但是對于制造測試部件、或是一些在開發過程中需要頻繁變化的、針對特定應用的產品而言,3D打印技術無疑是最理想的選擇。

如果使用傳統的方法制造一個進氣歧管(最復雜的發動機零件),首先需要設計一個計算機模型,然后需要等上大約4個月的時間才能完成原型制造,耗費成本約50萬美元。現在有了3D打印技術,福特能夠在四天內打印出相同的進氣歧管原型,并且沒有任何工具限制,而且所需成本僅為3000美元。

在采用3D打印快速成型技術之前,汽車制造商需要將產品設計圖紙派送到機加工車間,按照圖紙加工產品原型,生產一個部件可能需要數周的時間。一旦生產完成的部件交付,通常還需要修改,這需要機加工車間不斷進行原型加工。今天,工程師們可以使用CAD軟件繪制零件圖,然后將其下載到3D打印機中,接下來3D打印機用幾個小時的時間就能將這個零件打印出來了。如果需要修改,工程師只需要在CAD圖紙上進行修改,然后再簡單地重復上述的打印過程,直到滿意為止。

目前福特汽車公司正在考慮其3D打印策略的下一步,包括利用3D打印技術制造金屬零件原型,而不僅僅是塑料原型。

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