替代熔模鑄造，3D打印技術為F1賽車生產渦輪增壓器

來源：GF加工方案

無論在賽道上還是在賽道外，速度才是致勝的關鍵，而風馳電掣的背后仰賴的是強大的工程設計和制造能力。競爭日趨白熱化，零件的設計與制造也同樣面臨巨大的挑戰(zhàn)。以提速的首要裝備——渦輪增壓器為例，賽車領域的渦輪增壓器有極為復雜的形狀、幾何特征和材質。因此，熔模鑄造是曾經唯一可用的方法，但它的缺點和局限也同樣明顯：

△傳統(tǒng)熔模鑄造生產的渦輪增壓器

賽車需要提升競爭力，必須在遵循簡潔設計的原則下使關鍵零件達到更高的性能，并且需要精確的平衡作用力，這就不可避免地需要頻繁變更設計，相應的也就需要一個靈活和高效的生產工藝，而這正是工藝繁雜的熔模鑄造是無法滿足的。工藝環(huán)節(jié)越多，出錯風險就越高，瑕疵產生機率越大，生產周期也更長。要使渦輪增壓器高效率地工作，必須有效隔熱，用雙壁結構形成空氣間隙，避免內部的熱量傳遞到外殼，但是，雙壁結構的問題是難以鑄造。

為了保持理想的工作壓力，我們需要通過兩個廢氣門來進行排氣，鑄造的方法是將主機殼、兩個廢氣門分開制造然后再進行后續(xù)組裝，顯著增加成本和重量。發(fā)動機的減重是另一個挑戰(zhàn)，賽車的平均設計時速超過200 km/h，減重可以大幅提升性能。因此所有零件的壁厚都要盡可能薄，以減輕發(fā)動機的重量，但是薄壁的鑄件強度又不足。

此外，雖然鑄造工藝也可以成型許多復雜的內部幾何特征或功能面，但是基本上制造周期都比較長。而且，一些形狀鑄造是無法成型的，比如封閉式腔體內的幾何特征既無法用鑄造的方法成型，也無法在后續(xù)加工中成型。因此我們在前期設計渦輪增壓器時就會受到鑄造工藝的諸多限制。

熔模鑄造的工藝環(huán)節(jié)繁多，生產周期長，難以滿足賽車快節(jié)奏的要求。要進一步提升性能就需要使用更先進的技術，才能使賽車創(chuàng)造全新的圈速記錄。

增材制造可以最大化的釋放設計自由，使之專注于零件的功能性，工程師在零件的設計中可以更接近理想的狀態(tài)，并且可以突破工藝的限制將復雜的組件整合成一個完整的零件。傳統(tǒng)制造此渦輪增壓器需要使用三個零件：主機殼和一側的兩個廢氣門。這兩個部件鑄造后，還需要焊接固定雙壁隔熱罩。如果使用增材制造技術，則可將該渦輪增壓器設計為一個單件的零件，一體成型，廢氣門不需要密封墊或和組裝，而是直接打印一個完整的殼體。這可以大大簡化組裝操作，減輕重量。

此外，整合后的單件零件還能提高渦輪增壓器的整體可靠性；由于不需要加工公差嚴格的裝配面，因此，可以減少不同零件間可能發(fā)生的泄漏而導致的失效。通常，還可以改進雙壁結構的薄厚，進一步減輕重量，同時可以隔熱，提高性能。

相比熔模鑄造方法，金屬3D打印生產的F1賽車零件為生產企業(yè)提供明顯的時間成本和制造成本的優(yōu)勢。越來越多的高端汽車制造商在生產中采用增材制造技術快速和可靠地實現了制造目標。GF加工方案通過軟件、金屬3D打印及后處理設備，以及專利設計的System 3R夾具三股平行工作流，為渦輪增壓器提供從設計到成品交付的完整增材制造解決方案。

時間：7月21日下午14：00
會議內容：GF加工方案的增材專家將與大家分享這一完整增材制造解決方案如何支持用戶打破傳統(tǒng)精密鑄造工藝，并通過增材制造生產復雜金屬零部件；


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