基于3D打印技術(shù)的汽車動力系統(tǒng)快速開發(fā)研究

基于3D打印技術(shù)的汽車動力系統(tǒng)快速開發(fā)研究

采用基于模型的開發(fā)方法開發(fā)汽車動力系統(tǒng)，通過建立的整車模型結(jié)合硬件在環(huán)測試，對新開發(fā)的動力系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。應(yīng)用時，需試制原型車，進(jìn)行整車測試。原型車的制造周期較長，若能縮短原型車的制造周期，加快動力系統(tǒng)的開發(fā)驗(yàn)證，則有助于滿足日益增長的燃油效率、成本和性能的要求。近年出現(xiàn)的3D打印技術(shù)已逐漸被應(yīng)用在汽車行業(yè)中。因而，考慮利用3D打印實(shí)現(xiàn)汽車動力系統(tǒng)的快速開發(fā)。

3D打印技術(shù)能夠通過計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）模型，直接生成汽車相關(guān)組件，具有較強(qiáng)的靈活性。利用3D打印技術(shù)生成整車框架，進(jìn)行汽車動力系統(tǒng)的測試驗(yàn)證，消除原本的原型車制造過程。試驗(yàn)在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，使用Solid Works設(shè)計軟件建立汽車模型。打印材料選擇碳纖維增強(qiáng)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），其中，碳纖維含量維持在15%～20%。3D打印機(jī)噴嘴直徑為5mm。首先進(jìn)行整車框架的打印。為防止整車框架打印層之間發(fā)生分層現(xiàn)象，采用應(yīng)力約為6.89MPa的緊固件進(jìn)行緊固連接。為保證整車具有足夠的抗扭剛度，添加一套金屬扭力桿裝置。通過有限元分析表明，當(dāng)整車框架左右兩側(cè)各加載4500N的壓力時，整車框架的最大應(yīng)力為4.14MPa、最大撓度為8.89mm，能夠滿足汽車設(shè)計要求。之后進(jìn)行整車表面覆蓋件的打印，覆蓋件厚度約為5.60mm。打印整車框架耗時12h，打印覆蓋件耗時8h。為保證打印材料完全凝固，打印完成后需等待4h，因而整車制造耗時24h。基于打印出的汽車結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行動力系統(tǒng)零部件尺寸的選擇與確定、控制策略的開發(fā)與改進(jìn)，以及性能預(yù)測，顯著縮短汽車動力系統(tǒng)的開發(fā)周期。

Scott Curran et al.SAE

2016-01-0328.

編譯：王祥