世界首个3D打印的新型钛合金八活塞整体式制动钳

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所属分类:3D 打印
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全新的3D打印制动钳是为高档运动车布加迪凯龙(Bugatti Chiron)而生产的,每个前卡钳上有8个钛制活塞,每个后部装置上有6个钛活塞,制动钳的设计采用仿生力学原理,新的设计将重量优化到最小同时具备最大的刚度。

随着新开发的3D打印机钛制动钳,布加迪正在汽车领域向前迈进一步,开创新局面。之前Ti6AI4V这种特殊钛合金主要用于航空航天工业,例如用于高强度的起落架和机翼部件,或用于飞机和火箭发动机。该材料可以提供比铝更高的性能,3D打印的钛合金零部件,其拉伸强度可以达到1250N / mm2。这意味着约125kg的力可以施加到1平方毫米的钛合金上,而不会使材料破裂。

新的钛制动钳,长41厘米,宽21厘米,高13.6厘米,重量只有2.9公斤。与目前使用的重量为4.9公斤的铝制部件相比,布加迪可以通过使用新的钛合金部件确保更高的强度,并且使制动卡钳的重量减轻约40%。

之前想采用钛合金材料来制造这样的制动钳难度是非常大的,由于钛材料的强度非常高,想像铸造或锻造铝的常规方法那样获得这样的零件技术难度很大。而3D打印打开了生产更加复杂的零件和难加工材料的可行性。

Laser Zentrum Nord董事总经理Claus Emmelmann博士自从今年年初Laser Zentrum Nord并入Fraunhofer研究机构之后,Emmelmann博士同时成为Fraunhofer增材制造生产技术研究所(Fraunhofer IAPT)的负责人。他还是汉堡科技大学激光和系统技术研究所(iLAS)的负责人。Emmelmann博士对他的研究所和布加迪之间的合作感到自豪。他认为汽车制造商对其产品提出如此苛刻的要求推动了金属3D打印在汽车领域的直接应用。

虽然技术要求高,但是3D打印钛制卡钳的开发时间很快。从第一个想法到第一个3D打印组件,只花了大约三个月的时间。布加迪将其基本概念、强度和刚度模拟和计算以及设计图纸作为一个完整的数据包发送到Laser Zentrum Nord。Laser Zentrum Nord研究所进行了工艺模拟、支撑结构的设计、实际3D打印和零部件的后处理工作。

打印制动钳总共花费了45个小时,在此期间,钛粉逐层沉积。在每一层,四个激光器根据路径将钛粉熔化成制动钳的形状,材料层层冷却成型,总共的层数是2,213层。在完成最后一层之后,剩余的未熔化的钛粉从腔室中被取出,循环并保存,以便在闭合回路中再次使用。

热处理是在加热炉中进行的,制动钳在工艺过程中暴露于初始温度700℃,降至100℃,以消除残余应力并确保尺寸稳定性。最后,支撑结构被移除并且组件与托盘分离。

表面处理是结合了机械、物理和化学过程,不仅大大地改善了其疲劳强度,还提高了车辆形式操作中零部件的长期耐久性。

最后,功能表面(如活塞接触表面或螺纹)的几何槽形是在五轴铣床中加工完成,而这又需要11个小时才能完成工作。

此外,3D打印钛制动钳只是布加迪目前研发工作的一个例子,布加迪还3D打印了一个63厘米长的轻质铝制挡风玻璃刮水板。该板仅重0.4公斤,是传统压铸轻量铝板重量的一半,而且不会降低刚性。将激光粉末熔融3D打印技术应用到汽车领域,或许是顶级车的正在进行时。

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