超跑布加迪案例赏析:汽车轻量化领域之光——3D打印技术

发表时间:2019-08-21 15:12

说到超顶级跑车,绕不开的必然是布加迪,如何顶级,据说布加迪凯龙(Bugatti Chiron)的买家,平均有拥有42辆车,至少一家私人飞机,一艘游艇。如此看来,布加迪凯龙每辆三四千万元的价格,对这些买家来说也算不上什么了。

它从0加速到400km/h,再减速至0,总共只需要41.96秒。油门一踩,直接飞天。布加迪专门做过一个 400km/h的加速、减速测试体验视频,可以欣赏一下:

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布加迪凯龙(Bugatti Chiron)加速

超跑对于车身的轻量化是非常看重的,几公斤都会影响性能的表现。但受限于传统制造技术,一些创新的结构和材料存在“设计得出却造不出”的问题,而3D打印技术可直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件。这也是超跑车Chiron选择3D打印的原因之一。而减速和减重一样,也一直是Chiron孜孜不倦追求的目标之一。

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减重:俗话说,马力大一匹,不如减十斤。凯龙的前代车型威航(Veyron)的马力重量比就低于1kg/hp,Super Sport版本又降低50kg,计划在SuperVeyron版本中再减重250kg。

·        减速:布加迪一直强调刹车性能要更为出色,这也是为啥它每次都是演示加速-减速两个过程。

既在意减重、又在意刹车,于是布加迪凯龙就拿刹车卡钳开刀了!

为啥减重非要3D打印?

在保证性能的前提下,刹车卡钳的减重的核心目标就是轻量化,实现这一核心,可以从两点出发:

·        材料轻量化:钢的强度虽高,但也很重,综合起来不如铝合金。比铝合金的强度/重量比更强的是谁呢? 那就是钛合金了! 但钛合金存在一个问题,那就是切削加工困难,抗磨性差,总之就是不好加工。

·        结构轻量化:现有的刹车卡钳结构,已经是千锤百炼的了,还有优化空间吗?那就是所谓的仿生设计了!在大名鼎鼎的Boston Dynamics机器人上,为了减重就使用了这种仿生设计方法。但仿生设计存在一个问题:那就是存在中空、复杂结构,切削、铸造等传统工艺很难加工。

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▲Boston Dynamics机器人复杂镂空结构展示

而实现这两点所面临的困难,3D打印都可以解决!金属3D打印最常用的技术是选区激光熔化(SLM,Selective Laser Melting),采用精细聚焦光斑快速熔化预置金属粉末,直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的零件,得到的制作致密度可达99%以上。

精确控制激光束.gif

精确控制激光束


将金属粉末熔化.gif

将金属粉末熔化


清除未熔化的粉末.gif

清除未熔化的粉末

直观理解,可以将SLM比喻为"逐层焊接技术",只不过焊接的激光特别精确罢了!

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▲闪瞎狗眼的钨极氩弧焊

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3D打印布加迪凯龙刹车卡钳

钛合金刹车卡钳的性能评价

就这样,耗时45小时,我们得到了一个3D打印钛合金刹车卡钳。从色泽上来看,钛合金与铝合金相似,看不出太大区别。从结构上看,可以明显地看出多处仿生设计结构。

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▲布加迪3D打印钛合金刹车卡钳

这个刹车卡钳重量是2.9公斤,比原来的4.9公斤减重40%以上,效果显著。拉伸强度达1,250 N/mm^2,也就是每平方厘米可以承受12.5吨的重量。

目前这个刹车卡钳还在测试之中,有望实装在最新版的凯龙上。下面是一个测试视频,将刹车卡钳烧得通红、火花四溅的画面,是真美啊!

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▲测试3D打印布加迪凯龙刹车卡钳

那么刹车卡钳成本如何呢?

从视频来看,使用设备工艺是SLM选择性激光烧结。作为先进的金属3D打印技术代表,一个刹车卡钳预计生产时长45小时,很快。价格上,按20元/g的成本计算,2.9公斤就是5.8万元,4个刹车卡钳那就一辆凯美瑞下去了啊!还好,这是售价4000万元的豪华车,20万元可以接受。

有人说,为了减这么2公斤,有必要吗?实际上,熟悉布加迪的朋友都知道,凯龙的前任车型威航,当年就因为只能达到396km/h的极速,而迟迟不量产,估计再拖两年项目都要黄了!当时如果有3D打印钛合金的技术,哪还用费这个劲呢?

布加迪批量生产的电机支架

作为通过金属3D打印加速汽车行业工业技术应用的头部企业,迄今,布加迪已经开发了3D打印的功能性零部件-制动钳、扰流板支架、电机支架以及前桥差速器。批量化生产方面,布加迪采用选区激光熔化SLM 金属3D打印技术,对电动机支架进行批量生产,电机支架已安装在Chiron系列新型车辆中。


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▲布加迪批量生产的电机支架

无独有偶,限量版布加迪Divo超跑也用上3D打印的零件

Divo是基于布加迪Chiron款车型开发的。它配备了3D打印的尾灯,在蜿蜒的路况下,具备超高的灵活性和操控性能。与布加迪Chiron相比,Divo在重量上轻了整整35公斤,在横向加速度,敏捷性和转向方面的表现也得到了明显的提升。经过在意大利南部Nardò赛道的测速测试,Divo的单圈速度比Chiron整整快了8秒。

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新款Divo超跑的尾灯是由44片轻质3D打印鳍片组成。在重量上得到了很大的减轻。该尾灯的结构设计能够将光亮最大化,当打开车灯后,在大量灯珠的辅助下,达到了极具设计感的视觉效果,也诠释了这款超跑与众不同的特点。

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▲3D打印新款Divo超跑尾灯


汽车领域轻量化之光——3D打印技术

从布加迪的案例可以看出:3D打印可以突破加工工艺的束缚,从而实现更好的材料与更优化的结构。

现在人们普遍关注的电动汽车,受制于续航问题,行业也指明了方向:疯狂堆电池是不环保、不实用、不可行的,必须围绕降低百公里电耗的目标,从优化能量效率轻量化两个角度提高技术水平。这里的轻量化,依然需要依靠3D打印来实现。

值得一提的是,云铸三维在2019年初已经与德国通快达成战略合作,在云铸临港占地面积5000平的工厂成立金属3D打印科研基地,就目前工厂所持有的包括SLM在内的多台金属3D打印设备和工艺进行深度研究与实践,实现金属3D打印全领域解决方案的开发和应用。未来,我们期待3D打印技术在汽车轻量化方向取得更多成绩。

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