5年6倍速的增长!面对电动车革命性的量变,3D打印你准备好了吗?(2)
石墨烯
3D打印技术在石墨烯电池、超级电容制造领域的应用也受到关注,如澳大利亚斯威本大学(Swinburne University)的研究人员通过3D打印石墨烯薄片,发明了一种全新而且应用广泛的能源存储技术(从技术上讲,是一种超级电容器),可容纳更大的电荷能量,并且在一秒钟内完成充电,由于充电和放电不会降低电池的质量,所以这些电池理论上可以长期反复充电。考虑到不用频繁抛弃充电电池对环境带来的威胁,这一优点使得3D打印新型超级电池的商业空间更具想象力。
在此之前,美国劳伦斯•利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学圣克鲁兹分校的科学家们找到了一种可以将3D打印的石墨烯基超级电容的性能翻倍的方法。在2015年,LLNL就取得石墨烯材料应用的突破,实验室的科研人员以石墨烯气凝胶做为3D打印的材料,并按照设计好的架构进行3D打印。打印出的石墨稀结构具有优异的导电性和表面积。这一科研成果在传感器、纳米电子学、催化、分离等领域具有应用潜力。
--–– 轻量化
正如KK在《新经济新规则》一书中所说,即使像汽车一样的工业品也遵循性能更好,而重量更轻的规则。随着信息逐渐取代质量,汽车的平均重量一直在下降,并且将持续下降。
Soulmate
轻量化是未来汽车的一大特点,EDAG的设计师从叶子中汲取灵感,获取轻量级车身的设计思路。Soulmate汽车的车身结构由类似于叶脉的3D打印“骨架结构”和一层轻薄的覆盖外层所构成。3D打印“骨架结构”经过了拓扑优化设计,设计师在其承载力低的地方减少材料的使用,在其承载力高的地方提高材料的密度,从而成为一种轻量化的汽车车身结构,在制造过程中材料的浪费少。
Soulmate车身中的“骨架结构”是由EDAG工程、Zentrum Nord激光,Concept Laser和BLM这四家公司合作制造完成的,在制造中使用了金属3D打印、激光焊接、激光弯曲成形技术。3D打印是由德国Concept Laser公司的3D打印设备来完成的,通过该公司的LaserCUSING ® 技术制造车身结构件的节点,节点的形状有效的仿生了每级荷载加强元件的力学性能需要。通过630毫米 x 400毫米 x 500毫米的加工空间和1千瓦的激光器来完成节点的加工。 两剖面及节点设计采用CAD/CAE优化,保证了符合汽车车身结构力学性能要求。
这种仿生的3D打印“骨架结构”理念带来了柔性化生产的便利性,只要设计师完成建模,就可以进行定制化生产。尤其是当设计师需要考虑到为汽车装配不同动力系统时,可以根据所使用的动力系统的特点来灵活地调整车身结构的负载力,从而调整3D打印“骨架结构”的设计。3D打印车身结构的各个部分都采用钢性材料连接,可以很便利地按需提供不同的厚度和不同几何形状的连接件。
除了Soulmate汽车,2017年EDAG工程还发起了一个3D打印轻量化汽车引擎盖铰链的设计与制造项目-LightHinge+ 。在这个轻量化铰链的设计与制造过程中,EDAG 公司与其合作伙伴一起,通过拓扑优化设计、仿真分析、3D打印技术设计与制造了一个3D打印汽车引擎盖铰链,铰链在实现轻量化的同时,兼顾到了汽车制造业对于行人保护方面的设计要求。通过仿真分析,项目组对该铰链的3D打印预期进行了有效控制。
汽车企业正在金属3D打印和塑料3D打印两个领域发力,正如宝马集团迅速采用金属3D打印技术,宝马还迅速地做出了引进Carbon和惠普的决定,宝马认为将通过这些3D打印技术用于最终零件的生产。
Divergent
Divergent将3D打印技术大胆的尝试到汽车底盘的制造上,Blade汽车的主体部件是铝合金和碳纤维,非常轻,车速很快。
汽车底盘和支撑结构的制造工艺主要是将3D打印铝制的“节点”结构与现成的碳纤维管材进行连接,整个过程颇像搭建乐高积木的感觉。在所有节点都被制造出来之后,工人在短时间之内就可将汽车底盘组装好。整个构建底盘的过程需要的资金和耗费的资源非常少,并且不像其它汽车制造技术那样需要非常熟练、训练有素的工人。使用这种独特的3D打印方法制造节点式汽车底盘,重量减轻了90%,强度却更高了,而且比使用传统技术制造的汽车更耐用。
Blade能够在短短2.2秒内从0加速至60英里/每小时(约100公里/每小时),它的重量只有1400磅(约635千克),并且安装着一个4缸700马力的双燃料内燃机,可使用汽油或压缩天然气为燃料。汽车底盘由大约70个3D打印的铝节点组成的,工人手工组装该底盘前后历时仅30分钟。而底盘本身的重量只有61磅(约28千克)。
黑鲨VIII
2017中国大学生方程式汽车大赛及2017蔚来杯中国大学生电动方程式大赛上,铂力特(BLT)赞助支持的北理工方程式赛车队派出的黑鲨VIII带有突破性的赛车轻量化设计理念。黑鲨VIII在轻量化设计方面和金属3D打印技术方面获得了铂力特的支持,北理工方程式赛车队将黑鲨VIII赛车立柱的创新设计变成现实,不仅保证了制造精度,并在轻量化上表现出色,立柱零件实物减重20%,强度提高140%;而 黑鲨VIII 整车质量控制在163kg,整车较去年减重14%。根据铂力特,这不仅是2017年赛季121支油车电车队伍中最轻的赛车,也是中国大学生方程式汽车大赛8年来的最轻赛车。
–—- 热交换器
HiETA
由HiETA Technologies与Delta Motorsport合作设计和制造、用于微型燃气涡轮系统的并流换热器被用于电动汽车的微型涡轮引擎。
HiETA开发了专用参数包,包括开发Inconel材料的无泄漏薄壁结构,厚度达150微米。通过Renishaw在Staffordshire工厂里的AM250和HiETA在布里斯托尔和巴斯科学园附近的设备来完成产品的制造。英国的汽车集成商Delta Motorsports参与了两个项目。第一个是长方体换热器(换热器),用作电动车辆的扩展装置。第二个是将组件的设计变得更复杂,形状看起来与传统的长方体形状完全不同,而是更复杂的弧形设计。
通过3D打印,HiETA生产的零件通常比市场上同等效率传统方法制造的产品重量轻40%。这是因为3D打印技术允许设计师设计单个组件中的许多新颖的高性能表面,这些集成式一体化的设计对于传统加工方法来说是非常困难的。
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