CSU車隊使用3D打印來改善發(fā)動機性能

加州3D打印專家Carbon的開拓性工作是我們定期報道的。幾年前，該公司推出了具有專利的數(shù)字光合成技術(shù)的3D打印機系列，并與阿迪達斯合作開發(fā)了一系列尖端3D打印運動鞋，以及其他開創(chuàng)性項目。 Carbon技術(shù)的另一個令人印象深刻的應(yīng)用是由加州大學(xué)薩克拉門托分校的學(xué)生工程團隊Hornet Racing進行的。該團隊使用3D打印技術(shù)，為正在為重大比賽而建造的賽車設(shè)計進行了革命性的改變。

汽車工程師協(xié)會（SAE）每年都在不同的大學(xué)團隊之間進行比賽。它有嚴格的指導(dǎo)方針，旨在鼓勵創(chuàng)造力，挑戰(zhàn)學(xué)生提出解決設(shè)計和工程問題的創(chuàng)新方法。在2017年，SAE要求所有發(fā)動機的蓄能器節(jié)氣門必須拆除，并用所有四個氣缸的單一節(jié)氣門代替。此外，準則規(guī)定，一個20毫米直徑的限流器必須放在單節(jié)氣門后面。 Hornet Racing發(fā)動機的這一性能限制減少了其潛在的氣流，嚴重限制了其輸出功率。

“大黃蜂”賽車使用的車輛有一臺本田CBR600RR系列4缸發(fā)動機，通常配備四個獨立的節(jié)氣門（每個氣缸一個），每個節(jié)氣門直徑為44毫米，放置在靠近氣缸蓋的位置。競爭指導(dǎo)方針要求對進氣系統(tǒng)進行重大調(diào)整，氣流問題也影響了前幾年的車輛性能。氣流不暢通常會導(dǎo)致加速時間延遲或不可預(yù)測，這使駕駛員的工作在試圖控制車輛時變得更加困難。

該團隊決定利用Carbon的3D打印技術(shù)來改善發(fā)動機的設(shè)計。最重要的是發(fā)動機進氣歧管的形狀必須改變，以改善和優(yōu)化通過發(fā)動機的空氣流動。具體來說，團隊的主要目標是創(chuàng)建促進最小邊界層形成的組件，以實現(xiàn)更平滑的氣流。他們還希望將燃油噴射器端口集成到進氣流道（將充氣室與氣缸蓋連接起來的管子）的底部，以實現(xiàn)最小的流動湍流。整體的重量減輕和簡化的裝配過程，會留下較少的誤差，也被認為是可以提高性能的因素。

Carbon的數(shù)字光合成3D打印技術(shù)的使用意味著團隊可以使用全新的設(shè)計幾何圖形。經(jīng)歷大量不同的幾何迭代以找到完美的形狀之前會花費太多時間，但是整個過程通過基于直接實現(xiàn)3D數(shù)字模型的制造過程來顯著簡化。而且，使用傳統(tǒng)的制造工藝，包括大量的工具，碳纖維模具和焊接，成品設(shè)計的組裝和生產(chǎn)成本已經(jīng)高得驚人。

Carbon專有的RPU 70材料打印，大黃蜂賽車的進氣歧管的新設(shè)計是球形，只有7英寸的長度。這取代了以前的兩英尺長的擴散器，以及超過半加侖容量的大增壓器。整體設(shè)計靈感來源于超音速噴氣發(fā)動機震動錐體，能夠根據(jù)其形狀調(diào)節(jié)進氣量。該團隊通過在燈泡結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計釘狀流動分流，將擴散器和通風(fēng)系統(tǒng)的功能集于一體。

3D打印還意味著不涉及焊接，并且新的進氣部件的重量顯著減小。進氣歧管位于車身相對較高處，這意味著其重量對汽車的側(cè)傾中心和其他車輛動力學(xué)有重大影響。3D打印部件重量比2016年“大黃蜂”賽車所使用的重量減輕了50％，并且有助于改善車輛操控性和更好的整體駕駛體驗。

在Carbon3D打印系統(tǒng)和材料的幫助下，“大黃蜂賽車”在SAE比賽中的表現(xiàn)比以前更好。 HR2017賽車在全球共有80支隊伍中排名第16位。

aau3d編譯自：3ders.org