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3D打印碳纤维、钛合金超跑发动机零部件

2020/05/06 11:00   |    阅读量:461   |    来自: 深圳国际增材制造技术展

【导语】 超级跑车开发项目“Chaos”包括两种不同配置的超级跑车。两种版本的相同之处为,均配备4升V10铝合金发动机,发动机具有20个喷油器、40个气门、钛合金曲轴、钛/铬镍铁合金气门,以及由碳纤维和钛合金制造的大型双涡轮增压器,该涡轮增压器的涡轮由陶瓷复合材料制造......

长期致力于赛车零部件制造与创新的Spyros Panopoulos 团队,通过其专利技术与先进材料,研发了用于极限赛车运动的涡轮增压器、叶轮、活塞等动力总成零部件。经过多年发展,在技术创新的道路上, Panopoulos 团队融入了3D打印技术与创成式设计,并通过这些技术为赛车、超级跑车减重与提升动力性能提供技术上的加持。

值得期待的是,在Panopoulos 团队开展的超级跑车开发项目中,应用了多种3D打印零部件,包括碳纤维3D打印连杆、陶瓷3D打印活塞等极具创新性的零部件。

Spyros Panopoulos团队开展了一个超级跑车开发项目“Chaos”,该项目包括两种不同配置的超级跑车。两种版本的相同之处为,均配备4升V10铝合金发动机,发动机具有20个喷油器、40个气门、钛合金曲轴、钛/铬镍铁合金气门,以及由碳纤维和钛合金制造的大型双涡轮增压器,该涡轮增压器的涡轮由陶瓷复合材料制造。

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3D打印碳纤维连杆与陶瓷活塞

来源:Spyros Panopoulos

其中一种配置的跑车安装了钛合金3D打印活塞和连杆,可加速至11,000 rpm,并具有2,000马力的动力。

另一种配置的跑车,发动机转速提高至12,000 rpm。这款跑车安装了碳纤维连杆和3D打印的陶瓷复合材料活塞。陶瓷复合材料以高强度、重量轻、硬度和几乎完全的抗热膨胀性著称,而能够作为航天飞机制造中使用的材料。该跑车的最高功率不低于3,000马力。

 

早在1997年,Spyros Panopoulos 团队就致力于制造极限赛车中的连杆、涡轮增压器、气门、发动机缸体,以及飞轮和完整发动机。使用新材料、先进制造技术以及设计方式,是他们在赛车动力总成零部件制造中保持创新活力和突破车辆极限动力的推动力。

例如在新材料应用方面,曾在2015年,该团队将Tennalum合金材料用于赛车制造,这种合金具有高达700 MPa的屈服强度(比7075合金高出30%以上)及良好的延展性,以及与7075相似的耐腐蚀性以及其他对高性能组件/设备设计人员有利的功能。在强度/重量比方面,Tennalum比7075高33%。

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Gen2专利技术制造的叶轮

来源:Spyros Panopoulos

Panopoulos 团队拥有涡轮增压叶轮设计与制造的专利技术-Gen2,采用该技术制造的叶轮具有10个叶片,材料为“超级合金970 mpa”,该材料比钛Ti6AL4v重量轻43%,但强度高35%。这一涡轮增压器压气机叶轮,在空气动力学方面得到了革命性的改进,其初级叶片的径向向内的部分向上扫入压气机的上部区域。得益于优化的几何形状,其性能提高了35-80%。2016年,该团队将碳纤维压缩机盖用于涡轮增压器中,并采用Gen2专利技术制造碳纤维和劳伦纤维复合材料的涡轮增压器叶轮,这些复合材料比铝轻8-10倍。


近年来,Panopoulos 展开了对下一代材料、增材制造以及创成式设计方式的研究。2019年,他们在这一领域取得了显著进展。

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3D打印碳纤维连杆

来源:Spyros Panopoulos

上图的3D打印碳纤维连杆也是Chaos项目中一款跑车中安装的连杆。

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3D打印活塞设计

来源:Spyros Panopoulos

这款赛车3D打印活塞,材料包括H13不锈钢和Ti6AL4v钛合金 。

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3D打印钛合金连杆、活塞

来源:Spyros Panopoulos

Panopoulos 团队开发了面向增材制造汽车零部件开发的创成式设计软件"anadiaplasi",并通过其设计了一系列3D打印零部件,包括3D打印陶瓷、钛合金材料的连杆、活塞,以及安全性部件制动钳。

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3D打印制动钳

来源:Spyros Panopoulos

3D打印与创成式设计所实现的轻量化,是提高超级跑车动力的重要砝码之一。

根据Panopoulos,其团队对首款量产跑车的减重目标是总车重小于1,150千克,每减少一公斤重量可产生超过2马力的动力,他们已为时速超过500 公里/小时的空气动力学性能做好准备,在加速度方面,他们的技术已为时间2秒内加速至100公里/小时,7秒内加速至400公里/小时做好准备。

 

*以上仅为“Chaos”部分科技

**本文整理自3D科学谷

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