CRP USA為UVic提供3D打印碳纖維賽車零件，耐受高溫可達(dá)150°C

2023年9月4日，南極熊獲悉，3D打印材料和服務(wù)提供商CRP USA與維多利亞大學(xué)UVic Formula SAE Racing團(tuán)隊(duì)合作，以開(kāi)發(fā)3D打印碳纖維填充的賽車部件。

作為長(zhǎng)期合作關(guān)系的一部分，兩家公司生產(chǎn)了多種整體部件，包括方向盤(pán)和潤(rùn)滑系統(tǒng)元件。碳纖維填充復(fù)合Windform材料已應(yīng)用到激光燒結(jié)增材制造工藝當(dāng)中，用于生產(chǎn)3D 打印組件。

在最近發(fā)布的案例研究中，兩家公司聲稱使用 Windform 材料進(jìn)行 3D 打印使團(tuán)隊(duì)能夠生產(chǎn)出多功能且具有最佳機(jī)械性能的功能部件。  

維多利亞大學(xué) UVic Formula Racing 動(dòng)力總成負(fù)責(zé)人 Luke Wooldridge 評(píng)論道：“CRP USA 3D 打印的所有組件的耐用性令人難以置信。老實(shí)說(shuō)，當(dāng)我們?cè)谫惖郎蠒r(shí)，我們對(duì)這些零部件要求很高，但它們?nèi)匀荒軌虬l(fā)揮作用。例如，今年在測(cè)試中，我們猛撞了一個(gè)交通錐，這次撞擊足以剪斷連接前翼和底盤(pán)的螺釘并折彎鋁制安裝臂，但沒(méi)有損壞連接在另一側(cè)的Windform XT 2.0材料制成的翼型插件�！�

△維多利亞大學(xué) SAE 方程式賽車。 照片來(lái)自維多利亞方程式賽車。

3D打印賽車零部件

一個(gè)值得注意的組件是團(tuán)隊(duì)新設(shè)計(jì)的油和水收集罐，以更好地與底盤(pán)包裝集成。這些部件由Windform SP 3D 打印而成，Windform SP 是 Windform 專業(yè) 3D 打印材料系列中的一種碳纖維填充復(fù)合材料。

據(jù)稱，Windform SP 部件能夠很好地承受溢出的油和冷卻液的高溫。Woolridge 解釋說(shuō)：“當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到約 125°C、油溫達(dá)到約 150°C 時(shí)，兩個(gè)模塊均未發(fā)現(xiàn)明顯損壞�！�

Windform XT 2.0是另一種碳纖維填充復(fù)合材料，用于 3D 打印新的方向盤(pán)面板，其中包含改進(jìn)的駕駛員控制開(kāi)關(guān)。Wooldridge 補(bǔ)充道：“Windform XT 2.0 提供了更好的成品部件，因?yàn)槲覀冎谱鞯膬?nèi)部打印件都無(wú)法提供部件所需的耐熱性、抗沖擊性和陽(yáng)光耐受性�！�

方向盤(pán)主體是使用 Windform XT 2.0 3D 打印的，而手柄則是使用Windform RL（來(lái)自 Windform 系列材料的熱塑性彈性體）生產(chǎn)的。

△3D 打印的接水罐。 照片來(lái)自 CRP USA。

關(guān)于賽車的動(dòng)力總成系統(tǒng)，CRP USA 近年來(lái)與 UVic 團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)了油底殼的多個(gè)迭代版本。由于 Windform SP 具有抗沖擊性和耐高溫性，因此每次迭代均采用 Windform SP 制造。

此外，Wooldridge 強(qiáng)調(diào)，增材制造工藝的靈活性使團(tuán)隊(duì)能夠降低油底殼的整體高度。這種高度的降低使團(tuán)隊(duì)能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)在底盤(pán)中的位置，從而降低汽車的重量分布并提高賽道性能。

單向擋板門等防晃動(dòng)功能也已直接融入 3D 打印部件中。此外，CRP USA 還利用 Windforn SP 3D 打印定制油拾取器，以配合油底殼設(shè)計(jì)。

賽車隊(duì)的空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)包括使用 Windform XT 2.0 生產(chǎn)的 3D 打印前翼插件。這些插入件充當(dāng)從中央翼元件到兩個(gè)外部翼元件的過(guò)渡，為前翼提供到底盤(pán)上的連接點(diǎn)。

最后，該賽車的進(jìn)氣系統(tǒng)由 CRP USA 在 2019 年使用 Windform XT 2.0 增材制造。據(jù)說(shuō)該進(jìn)氣系統(tǒng)的性能非常出色，連續(xù)使用了四個(gè)賽季。

Wooldridge 解釋道：“在比賽期間，我們的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體溫度高達(dá) 125 攝氏度，并且氣缸蓋和進(jìn)氣口之間的配合面沒(méi)有出現(xiàn)翹曲或變形。這種熱穩(wěn)定性對(duì)于我們汽車的可靠性至關(guān)重要，因?yàn)樵摫砻娴娜魏巫冃味伎赡軐?dǎo)致災(zāi)難性的進(jìn)氣泄漏，這將使我們退出比賽�！�

維多利亞大學(xué)賽車隊(duì)最近重新設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口，使其更大并優(yōu)化其幾何形狀，以改善進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流。進(jìn)氣口的體積從 1.4L 增加到 4.23L，同時(shí)保留了將密封表面和傳感器直接安裝到進(jìn)氣口中所需的 3D 打印分辨率，無(wú)需進(jìn)行后加工。新進(jìn)氣口也是使用 Windform XT 2.03D 打印的。Wooldridge 補(bǔ)充道：“更大的進(jìn)氣口使我們能夠從彎曲的進(jìn)氣流道過(guò)渡到直的進(jìn)氣流道，將氣流的模擬效率提高了 100%�！�

△3D 打印發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口。 照片來(lái)自 CRP USA。

增材制造和賽車運(yùn)動(dòng)

尖端賽車的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)是增材制造的一個(gè)關(guān)鍵用例。今年早些時(shí)候，美國(guó)領(lǐng)先的 3D 打印機(jī)制造商3D Systems宣布向BWT Alpine F1車隊(duì)出售四臺(tái) SLA 750 3D 打印機(jī)。這些 3D 打印機(jī)使用Accura Composite PIV 材料來(lái)生產(chǎn)用于風(fēng)洞測(cè)試的組件。該團(tuán)隊(duì)采用 3DSystems 的 SLA 和 SLS 技術(shù)，每年生產(chǎn) 25,000 個(gè)3D 打印賽車零件。

同樣，去年有報(bào)道稱，英國(guó)一級(jí)方程式車隊(duì)邁凱輪車隊(duì)每年使用Stratasys技術(shù) 3D 打印 9,000 個(gè)零件。該團(tuán)隊(duì)利用五臺(tái)Stratasys Neo 800 3D 打印機(jī)來(lái)3D 打印其前后翼研發(fā)項(xiàng)目的空氣動(dòng)力學(xué)賽車零件以及汽車頂部車身和側(cè)面車身的大型元件。