打印活塞

活塞是发动机中负荷最重的部件之一。保时捷已经生产出了第一批使用 3D 打印的活塞。而这些正是为了史上最狂野 911 车型的高性能发动机所准备的。 

插图:Design Hoch Drei


这一研究项目的要求极为苛刻:对于第一批使用 3D 打印制造的活塞,保时捷选择以保时捷 911 GT2 RS 的 515 kW(700 hp)六缸双涡轮发动机来搭载。其背后的逻辑在于:如果这些部件能够在有史以来最强劲的保时捷 GT 跑车上经受住考验,那么它们便能够满足任何驱动系统的需求。

与锻造或铸造部件相比,3D 打印的决定性优势在于设计自由度更高。凭借此法几乎可以生产任何几何形状的零件,而不需要刀具或模具。打印机直接接收设计数据,不受机床限制。由此能够在 3D 打印活塞的底部集成一个封闭式冷却通道,而这是用传统工艺无法实现的。这一细密的通道可将活塞环的温度负荷降低 20 度。打印活塞的硬度也比传统方法生产的部件更高,且重量轻 10%。因此,活塞可实现更高的发动机转速和更佳的燃烧。总而言之,即有望将功率提升多达 30 hp,并同时提高效率。

活塞所采用的工艺名为激光选区熔化(LMF)。在这一过程中,部件以粉末床为原材料逐层构建,保时捷为此所填装的材料是一种特殊铝合金。在工艺室内,铺粉装置将储备缸中的粉末推到工作缸上方,从而形成一个层。多余的粉料最终会进入溢出收集容器。然后,激光束根据零件轮廓对粉末表面进行加热,将其熔化成牢固的金属层,并与下方已经熔化形成粘合面的金属层粘合。之后工作缸下沉,铺粉装置再次铺粉。由此,活塞将从粉尘中渐渐升起。

在严苛的质检方面,3D 打印活塞在发动机测试台上通过了 200 小时的连续运行验证。保时捷与其合作伙伴马勒(Mahle)和通快(Trumpf)密切合作,并与蔡司光学公司共同实施质检,实现了这一里程碑。

在其他领域,保时捷早已成功应用了增材制造工艺。例如,在 911 和 718 系列车型的 3D 打印贴合人体的全尺寸桶型座椅中,以及老爷车和赛车的零配件复制工艺中。

Heike Hientzsch
Heike Hientzsch

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