探索3D打印技術(shù)在氣缸蓋重新設(shè)計中的應(yīng)用
“在汽車的方程式大賽中，氣缸蓋的重量和性能十分重要對汽車的性能和比賽的結(jié)果帶來關(guān)鍵的作用，氣缸蓋真可謂是”too hot to handle without redesign”,當(dāng)設(shè)計師們對如何改進氣缸蓋的設(shè)計上下求索的時候，3D打印在激發(fā)設(shè)計潛能方面的優(yōu)勢就彰顯出來了�！�
圖片：Voxeljet
氣缸蓋的幾何形狀富有挑戰(zhàn)：內(nèi)部由一系列相互連接的三維孔構(gòu)成，空腔內(nèi)的翅片冷卻系統(tǒng)，各軸承和岐管的面孔和一批反孔。此外，外表面是雙彎曲形狀，整個零件的壁厚一直在變化，并且有幾個突出和懸臂。
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為了使得氣缸蓋適合通過3D打印的方式制造出來，經(jīng)過一些研究發(fā)現(xiàn)懸壁是可以通過重新建模來優(yōu)化，并且可以使得這些結(jié)構(gòu)自支撐。在壁厚的部位可以加以內(nèi)部的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以減輕缸蓋的重量，當(dāng)然在設(shè)計的時候就需要考慮一些特殊精度要求的部位，例如缸孔，軸承，岐管的部位需要通過后期的機加工進行精加工以得到令人滿意的表面精度。
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氣缸蓋的重新設(shè)計優(yōu)化是個探索過程，單純從設(shè)計層面上要去除原來的圓角半徑設(shè)計，而通過倒角設(shè)計，這樣的過程并不復(fù)雜；然而，復(fù)雜的是設(shè)計必須要了解零件設(shè)計的修改對氣缸的性能會帶來怎樣的影響。并且通過3D打印的方式制造出來的缸蓋也將會改變零件的組裝要求，尤其在氣門座，噴油部位和凸輪軸部位需要考慮設(shè)計改變的每個細(xì)節(jié)將會對性能帶來的作用。最大的挑戰(zhàn)是腔體的上壁支撐問題，如何能夠適合3D打印且不影響冷卻液的流暢性。這時候設(shè)計師會常常有種沖動，修改設(shè)計太難，還不如推到重來？
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事實證明的確是這樣的，對于復(fù)雜的零件，需要在設(shè)計的一開始就考慮它的制造方式，嘗試將現(xiàn)有的另外一種工藝生產(chǎn)出來的零件，僅僅修改局部的設(shè)計就可以通過3D打印的方式來制造出來經(jīng)常會在探索的最后發(fā)現(xiàn)這是徒勞無益的。
想直接金屬打印的確挑戰(zhàn)設(shè)計者的能力，尤其是支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計和去除對于復(fù)雜精密零件來說難度很大。這時候，需要跳出思維框架來思考問題，直接金屬打印出來難度很大，通過3DP的方式打印出砂模，再鑄造出來呢？
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最終的結(jié)果令人滿意，不僅僅是缸蓋的新”look”, 給人幾分時髦的感覺，缸體性能和重量表現(xiàn)亦卓爾不凡。
退一步海闊天空，3DP的技術(shù)優(yōu)勢在于成型速度快、無需支撐結(jié)構(gòu)，3DP可以打印復(fù)雜、結(jié)構(gòu)特殊零件的零件砂模，然后在鑄造出來，再經(jīng)過精加工，閃閃發(fā)亮的New Look就出來了。怎么樣？親愛的缸體君，喜歡你的“新發(fā)型”缸蓋么？
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