基于3D打印技術的汽車動力系統快速開發研究

基于3D打印技術的汽車動力系統快速開發研究

采用基于模型的開發方法開發汽車動力系統，通過建立的整車模型結合硬件在環測試，對新開發的動力系統進行驗證。應用時，需試制原型車，進行整車測試。原型車的制造周期較長，若能縮短原型車的制造周期，加快動力系統的開發驗證，則有助于滿足日益增長的燃油效率、成本和性能的要求。近年出現的3D打印技術已逐漸被應用在汽車行業中。因而，考慮利用3D打印實現汽車動力系統的快速開發。

3D打印技術能夠通過計算機輔助設計（CAD）模型，直接生成汽車相關組件，具有較強的靈活性。利用3D打印技術生成整車框架，進行汽車動力系統的測試驗證，消除原本的原型車制造過程。試驗在美國橡樹嶺國家實驗室進行，使用Solid Works設計軟件建立汽車模型。打印材料選擇碳纖維增強丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），其中，碳纖維含量維持在15%～20%。3D打印機噴嘴直徑為5mm。首先進行整車框架的打印。為防止整車框架打印層之間發生分層現象，采用應力約為6.89MPa的緊固件進行緊固連接。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，當整車框架左右兩側各加載4500N的壓力時，整車框架的最大應力為4.14MPa、最大撓度為8.89mm，能夠滿足汽車設計要求。之后進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構，可進行動力系統零部件尺寸的選擇與確定、控制策略的開發與改進，以及性能預測，顯著縮短汽車動力系統的開發周期。

Scott Curran et al.SAE

2016-01-0328.

編譯：王祥