100g 3D打印推桿傳遞3.5噸力，布加迪新概念車Bolide上的3D打印技術(shù)

2021年1月28日，南極熊獲悉，豪華汽車制造商Bugatti（布加迪）宣布在新概念超級(jí)汽車Bugatti Bolide中使用增材制造技術(shù)。

這款車的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)在公司新技術(shù)部門的博士生Henrik Hoppe的博士論文中進(jìn)行了概述。早在2017年，Hoppe就寫出了碩士論文，內(nèi)容是關(guān)于布加迪Chiron的3D打印剎車卡鉗的計(jì)算方法，與原來的量產(chǎn)部件相比，3D打印卡鉗的重量減輕了43%。

從那時(shí)起，這位工業(yè)工程師開發(fā)了一個(gè)新系統(tǒng)，以確定金屬3D打印在布加迪最新性能汽車中的商業(yè)和技術(shù)可行性。這款概念車Bolide早在2020年10月就已亮相，搭載8.0升W16發(fā)動(dòng)機(jī)，重量僅為1240公斤，最高時(shí)速超過500公里。

△布加迪Bolide，圖片來自布加迪

靈感來自骨骼

在設(shè)計(jì)Bolide時(shí)，Hoppe計(jì)劃了車輛結(jié)構(gòu)的每一步，并進(jìn)行了所有必要的計(jì)算，以確保它確實(shí)可行。車的3D打印部件的靈感來自于骨骼結(jié)構(gòu)，它們大多具有薄壁（有的比0.4毫米還�。�、中空的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)小的分支。據(jù)報(bào)道，仿生設(shè)計(jì)的選擇使車輛具有出色的剛性，同時(shí)大大減輕了部件的重量。

Hoppe補(bǔ)充說："通過選擇性激光熔化的工藝，可以生產(chǎn)出從內(nèi)部硬化的新型、中空的、超復(fù)雜的部件，這些部件非常輕巧，但卻具有極高的剛性和強(qiáng)度。我們將繼續(xù)減輕汽車的重量，同時(shí)在每個(gè)可以想象的領(lǐng)域增加創(chuàng)新功能。"

△布加迪Bolide的車尾，圖片來自布加迪

一根3D打印的推桿，重量只有100克

在Bolide的3D打印部件中，一根僅重100g的推桿引人注目。這根承壓的鈦合金耦合桿被安置在底盤區(qū)域。盡管重量不大，但由于內(nèi)部具有支撐拱門的中空結(jié)構(gòu)，推桿能夠根據(jù)不同的動(dòng)作傳遞高達(dá)3.5噸的力。

這款推桿也是布加迪首次改變薄壁中空桿的壁厚。部件向中心增厚，然后又向兩端變薄，這意味著它可以同時(shí)優(yōu)化局部應(yīng)力和重量。布加迪甚至已經(jīng)為這個(gè)結(jié)構(gòu)注冊(cè)了專利申請(qǐng)。

優(yōu)化的重量與強(qiáng)度比

其他重量與強(qiáng)度比驚人的3D打印部件的例子包括用于Bolide前翼的鈦合金安裝支架。雖然它的重量只有600克，但該安裝支架可以承受高達(dá)800公斤的空氣動(dòng)力下壓力，其內(nèi)部為中空，壁厚為0.7毫米。

從車輛的尾管裝飾罩來看，這是一個(gè)由鈦和陶瓷組成的3D打印混合組件，與已經(jīng)量產(chǎn)的車型相比，布加迪成功將這個(gè)部件的重量減輕了50%左右�，F(xiàn)在重量不到750克，部件的壁厚為0.5毫米。

飾蓋的陶瓷元素因出色的絕緣性能而被嵌入鈦合金外殼中。布加迪做出的設(shè)計(jì)選擇是為了保護(hù)碳纖維外皮免受高排氣溫度的影響。此外，內(nèi)置的文丘里噴嘴也有助于實(shí)現(xiàn)熱屏蔽功能，它可以在高溫廢氣周圍形成一層冷空氣。整個(gè)組件的創(chuàng)新性很強(qiáng)，還為此提交了專利申請(qǐng)。

△Bolide的引擎蓋下采用了3D打印鈦合金部件，圖片來自布加迪

在各大汽車廠商中，布加迪在增材制造生產(chǎn)方面肯定有不小的收獲。除了Chiron的剎車卡鉗之外，布加迪此前還與Scalmalloy生產(chǎn)商APWORKS合作，為Chiron Pur Sport3D打印了鈦合金排氣尾管。與3D打印機(jī)OEM SLM Solutions合作，布加迪此前還3D打印了擾流板、電機(jī)支架、氣缸頭蓋、鰭狀尾燈，甚至前軸差速器。

布加迪3D打印剎車卡鉗

2018年12月，大眾發(fā)布了一段視頻，對(duì)3D打印布加迪剎車卡鉗進(jìn)行了測試。布加迪是大眾旗下品牌之一，在設(shè)計(jì)3D打印部件方面經(jīng)驗(yàn)豐富，公司正推進(jìn)其首批用于批量生產(chǎn)的3D打印部件，并已進(jìn)入測試階段。

視頻中顯示，布加迪正展示新款車上取代傳統(tǒng)制造卡鉗的3D打印制動(dòng)鉗及其測試程序。工程師將一個(gè)帶有圓盤和剎車片的卡鉗放在一個(gè)模擬速度高達(dá)每小時(shí)249英里(約400公里)的支架上。在這樣高速的情況下完成制動(dòng)對(duì)于卡鉗是一項(xiàng)真正的挑戰(zhàn)。在最高負(fù)載時(shí)，剎車盤和卡鉗都達(dá)到了近1000℃的溫度�？梢哉f剎車盤完全是在燃燒。

3D打印現(xiàn)在是汽車行業(yè)的一個(gè)重要嘗試。視頻中顯示，卡鉗生產(chǎn)時(shí)間不少于45小時(shí)，過程中需要放置鈦粉并使用4個(gè)400瓦激光熔化物質(zhì)。3D打印機(jī)在結(jié)構(gòu)完成之前要使用到2,313層材料。然后，對(duì)部件進(jìn)行熱處理，最后用五軸聯(lián)動(dòng)銑床加工所有功能表面的輪廓。但與布加迪目前使用的常規(guī)卡鉗相比，3D打印制動(dòng)卡鉗的最大優(yōu)勢在于其重量，鈦3D打印卡鉗重量減輕了43%�？ㄣQ僅重2.9kg，而目前使用的鋁部件重量為4.9kg

鈦合金3D打印排氣筒

2020年3月，增材制造方案咨詢提供商APWORKS（空客旗下的3D打印公司）宣布為最新的布加迪Chiron（Chiron Pur Sport）3D打印鈦零件。排氣管是用鈦合金3D打印的，更輕巧、更耐高溫。

△布加迪跑車尾氣管，使用EOS M400多激光金屬3D打印機(jī)生產(chǎn)

設(shè)計(jì)師利用增材制造的能力來生產(chǎn)壁很薄的排氣尾管，實(shí)現(xiàn)大幅度的減重。 布加迪總裁斯蒂芬·溫克爾曼（Stephan Winkelmann）解釋說：“減少50公斤的重量，同時(shí)增加下壓力并配置頂級(jí)的運(yùn)動(dòng)底盤和懸架裝置，Chiron Pur Sport擁有令人難以置信的抓地力，超快的加速度和非凡的精確操控性。 ”

△布加迪Chiron Pur Sport，圖片來自布加迪

布加迪（Bugatti）新款跑車Chiron Pur Sport 售價(jià)330萬美元，設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)彎而不是最高速度。通過3D打印Chiron Pur Sport的排氣尾管，APWORKS幫助布加迪減輕了車輛制造的重量。排氣管的低重量構(gòu)成了Chiron Pur Sport賽車后部設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，利用了新的空氣動(dòng)力學(xué)配置，產(chǎn)生了更大的下壓力，同時(shí)更輕的重量增加了敏捷性和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎。此外，由于材料的特性，用鈦合金生產(chǎn)排氣尾管有助于優(yōu)化零件的耐高溫性。

布加迪首席設(shè)計(jì)師Frank Heyl說道“我們特別關(guān)注Chiron Pur Sport的敏捷性。車輛在后軸上產(chǎn)生更大的下壓力，而大型的前分離器，進(jìn)氣口，具有優(yōu)化的出風(fēng)口和減小的車輛高度的輪拱式通風(fēng)口在前端達(dá)到了平衡�！�

△布加迪Chiron Pur Sport后排，圖片來自布加迪