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3D 打印碳纖維學生方程式賽車

日期:2022/04/14 發佈者: 流覽次數:370


學生方程式賽車是一年一度的工程設計競賽,來自世界各地的學生團隊在其中建造和比賽方程式賽車。 柏林工業大學方程式學生隊 (FaSTTUBe) 是最大的團體之一; 2005 年以來,每年都有 80 90 名學生開發新賽車。

今年,該團隊在他們的工具集中添加了一台 Form 3 SLA 3D 打印機,他們用它來節省時間、成本並創建其他任何方式都無法實現的零件:

1. 原型:他們為各種部件打印原型,例如防傾桿的安裝件或 HV 電池的利益相關者。

2. 製造碳纖維零件的模具:該團隊打印了十幾個模具來製造碳纖維零件,否則這些零件是無法製造的。

3. 最終使用零件:汽車的大約 30 個最終零件是直接 3D 打印的,從按鈕座、方向盤的變速桿到冷卻系統的軟管和傳感器連接器。

技術經理 Niklas Werner 和空氣動力學和碳製造負責人 Felix Hilken 向我們介紹了 FaSTTUBe 設施,並帶我們了解了這些應用。


3D 打印模具上手工層壓碳纖維部件

任何賽車最具標誌性的部件之一就是方向盤。上個賽季,該團隊使用激光切割製造碳板並使用選擇性激光燒結 (SLS) 製造握把和容納電子設備的主體。

由於減輕重量在賽車的構造中至關重要,他們試圖將把手打印成中空的,但它的強度不足以承受車手的抓地力。今年他們決定用碳纖維製造零件,碳纖維是一種很好的材料,可以減輕重量,同時保持或增加強度。

Hilken 開發了一個使用 3D 打印模具進行濕疊層層壓的工作流程,這是開始以最少的供應量製造碳纖維部件的好方法。

通過使用碳纖維,該團隊將方向盤外殼的重量從 120 克減至 21 克。 Hilken 需要一天的時間來設計和製造模具。他們能夠將設計推向傳統上極難製造的幾何形狀。

3D 打印的偉大之處在於,複雜的形狀與簡單的形狀一樣容易,它需要相同的工作量和設備。此處的某些功能實際上無法通過任何其他工藝以經濟的方式完成,”Hilken 說。



Hilken 3D 打印模具上層壓了三層碳纖維,然後使用另一個負模將這些層壓在一起。

Hilken 使用 Tough 1500 樹脂,因為它平衡了伸長率和模量。 用這種材料打印的零件可以顯著彎曲並迅速彈回原來的形狀,這有利於零件的脫模。 使用這種技術,希爾肯估計一個模具可以用來製造大約十個零件。 由於這是一個手動過程,這取決於操作員的細緻程度:模具最終可能會因分離過程而卡住纖維或損壞。

使用 3D 打印模具進行濕式疊層層壓是開始以最少的供應量製造碳纖維部件的好方法。

如果沒有 3D 打印,該團隊將不得不將鋁模的 CNC 銑削外包,這很昂貴,交貨時間長,並且需要專門的工具。

“我會用 CNC 加工模具,但我需要專門的工具,然後等待機器上的插槽。 但我什至不能做這個幾何圖形,尤其是一些小角落。 我需要使用沒有任何螺釘的設計,這樣零件就不會對定位敏感,”Hilken 說。

去年組裝的方向盤(右)旁邊的新碳底盤(左)。

從變速踏板到電纜收集器的最終用途零件

把手和車身並不是方向盤上唯一利用 3D 打印的部件。 事實上,除了模製的碳零件、碳板和電子設備外,方向盤的所有其他組件也都在 Form 3 上進行了 3D 打印。

按鈕座、變速踏板、變速踏板的底座和開關均採用 Tough 2000 Resin 進行印刷,以確保其韌性和耐用性,然後噴漆以獲得統一的顏色。

新方向盤上的按鈕、按鈕架、變速踏板和變速踏板的安裝座都是直接 3D 打印的。

目前,這輛車總共有大約 30 SLA 打印部件。 例如,該團隊還打印了電纜收集器,以整齊地整理線束中的電纜。 它們由耐用樹脂製成,可以靈活地安裝在金屬底盤的管子周圍。

“這些非常適合組裝線束,因為它們看起來很漂亮,而且當評委們看到它時,給他們留下良好的第一印像很重要,”Niklas 說。

3D 打印的電纜收集器有助於整齊地整理線束中的電纜。

有一些 3D 打印的支架和外殼,該團隊還計劃創建其他部件,如剎車燈的末端和 TSAL 部件——電動汽車中的燈,以顯示系統是否在高壓下運行。

在金屬 3D 打印之前對生成設計的零件進行原型製作

毫不奇怪,該團隊也使用 3D 打印進行原型製作。 例如,他們對底盤前部端閥的安裝進行了原型設計,這是一個經過拓撲優化設計的複雜部件。 最終部件將使用金屬 3D 打印製造。

該團隊使用 3D 打印製作了一個複雜拓撲優化支架的原型,該支架將在鋁中進行 3D 打印。

“我們使用 Formlabs 打印機用樹脂打印它,因為它不那麼昂貴。 我們可以選擇驗證它是否適合底盤。 我們看到它確實如此,現在它將用鋁製造,”尼克拉斯說。

電動賽車電池的支架也使用 3D 打印進行了原型製作。

完成賽季的賽車

該團隊目前仍在大力開發這三款賽車,因此使用 3D 打印的應用範圍將不可避免地擴大。

他們即將進行的最雄心勃勃的項目之一是用碳創造進氣口。 這將是一個較大的零件,需要 3D 打印多個零件的模具,組裝它,然後將零件手工層壓在模具上。

這三輛賽車應該在春季和希爾肯的維爾納賽道上進行測試,車隊希望一旦解除 COVID-19 限制,賽季就可以開始。

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