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通用汽车利用3D打印开发具有定制化刚度的轻巧连杆

宣布时间：

2023-01-11 12:43

　　虽然我们大多认为3D打印在新能源汽车领域拥有辽阔的前景 ，似乎将3D打印与古板汽车的结合点并未几见 ，然而在内燃机方面 ，汽车厂也在进行着积极的实验 。
　　凭据3D科学谷的市场研究 ，近日通用汽车通过3D打印开发了一种具有定制化刚度的轻巧连杆 。
 
 
来源：US10487868B2
　　强度与刚度的优化 ，越发轻量化
　　通用汽车开发的轻质连杆包括第一端 ，第二端和臂 。第一端是可枢转地连接到活塞的结构 ，第二端是可枢转地连接到曲轴的结构 。臂在第一端和第二端之间延伸 。连杆的内部区域包括由点阵填充的轻量化空间 。
 
 
来源：US10487868B2
　　质料方面臂可以由铝合金、钛合金及其金属质料组合制造 。与使用钢相比 ，使用钛或铝可减少30%的质量 ，也可以使用金属基复合质料或非金属质料 ，例如碳纤维复合质料 。
　　连杆用于内燃机中 ，将活塞的往复运动转换为旋转运动当活塞在动力冲程下移时 ，连杆作用在曲轴上以使其旋转 。在车辆行驶历程中 ，曲轴的端部连接至变速器 ，因而减轻车辆要害部件的重量关于提高燃油经济性很重要 。除了轻量化之外 ，连杆还必须体现出高强度和刚度的机械特征 。总之 ，连杆应设计得坚固 ，并尽可能轻 。
　　增材制造可以实现庞大的结构 ，包括连杆内部的点阵结构 。而在轻量化的连杆边沿处 ，臂的侧面以基本上直角的角度汇合在一起 ，边沿可以是圆形的 。倒圆的边沿在减小连杆的阻力方面特别有利 ，因为连杆在内燃机中以很大的速度往复运动 。倒圆的边沿在减小拐角处的应力集中和改善疲劳寿命方面特别有利 。
　　增材制造特别适合于形成庞大的几何形状 ，3D打印的连杆可以具有高度庞大的内部结构和自由曲面的外型 。几何形状方面可以不绝的改变曲率 ，内部点阵结构 ，通道截面的几何形状等 。别的 ，在整个连杆中 ，诸如密度(空隙) ，重量 ，强度 ，刚度 ，挠度和质料身分等特性可以改变 。
　　结合有点阵结构设计的连杆的优点在于 ，与实心连杆相比 ，它们可以设计成具有高强度和高刚度的零件同时却拥有较轻的重量 。通过增材制造形成的连杆可以是整体成型的单件一体化的整体结构 。增材制造工艺可以高度控制连杆内的局部刚度和挠曲度 ，通过优化点阵晶格结构设计 ，可以改善连杆的强度和刚度 。
　　3D科学谷Review
　　连杆的轻量化设计与3D打印技术的结合是业界一个值得关注的生长偏向 。就文中提到的质料方面来说 ，以3D科学谷的市场视察 ，目前以粉末床选区金属熔化技术结合HIP热等静压后处理方法加工钛合金Ti6Al4V质料的效果很好 。
　　文中提到了碳纤维复合质料 ，凭据3D科学谷的市场研究 ，目前尽管碳纤维复合质料的原型制作很是精彩 ，并且在XY方面都很是坚固 ，但需要考虑质料是否完全致密且完全各向同性 ，目前基于挤出的3D打印系统对此是难以实现的 。
　　有一些层压板工艺可模仿通例的碳纤维预浸料板进行铺层制造 ，但又不是各向同性的 。虽然混淆有短切碳纤维质料的塑料包括PEEK或者Ultem来实现3D打印并非不可能 ，不过目前照旧保存许多挑战 。（参考资料：US10487868B2）

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