3D打印和发动机制造

几乎没有任何其他交通工具能像汽车一样决定着我们的日常生活。实用工具、身份象征、运输工具……它的应用范围很广。

但我们在这里不想谈论整个汽车，而只想讨论推动它的部件。它们不仅是实现从A地到B地的决定性部件，而且也是越来越多的批评和将汽车变成气候改变者的原因：发动机部件。

1888年，贝塔-本茨和她的两个儿子驾驶3号奔驰专利汽车从曼海姆到普福尔茨海姆，用了不少于12小时57分钟，与之相比，今天的汽车是真正的气候保护器。当你看到过去132年来所获得的创新、发展和技术诀窍的数量时，这并不令人惊讶。奔驰的传奇汽车在最高时速约16公里的情况下，每100公里消耗约10升汽油，而现代混合动力超级跑车今天离开展厅时，时速高达350公里，平均每100公里消耗8.3升汽油。要提到的也许不仅仅是最极端的汽车模型变体，1999年，大众公司的Lupo成功地突破了每100公里3升的大关。

这种进步是由于发动机部件的不断发展。然而，工程师和开发人员总是依赖于他们那个时代的工具和技术。由于发动机部件主要是通过金属铸造来制造的，经典的模具和模式制造以及射芯等成型工艺决定了金属部件的发展和制造。然而，今天，汽车领域的发明家和思想家可以利用新技术。其中包括增材制造，或3D打印。

层次的革命

3D打印的许多特殊功能之一是免工具制造。这意味着生产模具、模型、原型、单件或备件，而不需要耗费大量时间和成本的特殊工具的制造。

同时，3D打印为部件的优化和进一步发展提供了前所未有的几何自由。虽然传统的制造方法只能在有限的程度上实现，或者根本无法实现，但这种设计方面在3D打印中没有作用。由于逐层结构，几乎所有的几何形状都可以用数字和模拟方式生产。正是这种几何学上的自由为汽车工业打开了新的大门，正如以下例子所说明的那样。

来自3D打印机的赛车吸力系统

传统上，发动机进气系统位于车辆发动机组的顶部。它的工作是吸入环境空气并将其导入发动机的气缸。这种发动机的性能和效率在很大程度上取决于空气充电的质量。在这种情况下，任务是为一个8缸赛车发动机开发一个新的进气系统。最初的问题在于，铸造所需的许多底槽和所需的核心。然而，通过使用Binder Jetting 3D打印，该模具可以被分解成五个不同的部分。一个顶盒，一个底盒，只有三个核心。在测试成功后，设计被最终确定并获得批准。今天，经过测试的模具设计对应的是一个系列解决方案。

通过3D打印技术制造的离合器喇叭口

另一个例子是这个离合器钟，它是与来自下弗兰肯州威尔巴赫的汽车专家Koncast合作实现的。在这里，特别薄的壁厚构成了一个问题。例如，生产层厚特别薄的0.15毫米的铸件的砂模，是对砂模制造的巨大挑战。

为了实现砂模的极薄层厚度和铸件的良好表面质量，Voxeljet专家使用了质量为GS14的标准化砂，平均粒径为140微米。仅仅五天之后，Koncast就准备好了用于铸造的模具。铸件是在正常生产过程中用G-AlSi8Cu3合金铸造的，炉温为790℃，浇注温度约为760℃。后处理是在爆破厂用钢球进行的。总而言之，生产了一个具有几乎系列相同特性的离合器钟。在这里，Koncast也取得了巨大的时间和成本优势，因为免工具和自动3D打印过程意味着不需要通常的工具制造。离合器喇叭口被用于原型车的离合器。其尺寸为465毫米×390毫米×175毫米，重量为7.6公斤。

我真的很惊讶，这个过程是如此顺利，而且最后离合器钟的表面看起来很好。

乔治-鲁道夫，常务董事康卡斯特

在节省时间和金钱方面，3D打印具有一些优势。但是，高度复杂的水套芯怎么办？

在砂型铸造中的水套芯是芯子设计方面的一个挑战。复杂的几何形状和丝状元素对于3D打印的大部分无限制的几何自由和精度来说都不是问题。不同的几何形状可以在一个生产步骤中快速实现。

涡轮增压器原型的快速制造

快速同时又环保的汽车是许多司机的梦想。带有涡轮增压器的现代内燃机使这一梦想得到了一定程度的实现。它们是提高性能的关键，同时减少消耗，从而减少二氧化碳。虽然涡轮增压柴油机是标准，但涡轮增压器在汽油机中也正在经历其复兴。其目的是制造排量更小的发动机，但增加一个涡轮增压器。这使它们能够提供与大排量自然吸气发动机相同的发动机功率。功率增加的部分原因是利用废气能量进行多级涡轮增压。