Как Porsche делает поршни на 3D-принтере

Аддитивное производство — сложная форма 3D-печати - уже много лет используется в автомобильной промышленности для быстрого изготовления прототипа детали, но использование технологии также набирает обороты для изготовления производственных деталей. Теперь Porsche преуспела в 3D-печати некоторых из наиболее подвергаемых нагрузкам компонентов двигателя 911 GT2 RS - поршней. Новые поршни на 10% легче оригинальных, что позволяет двигателю набирать на 300 об / мин больше и развивать почти на 30 л.с больше мощности.

Поршни в высокопроизводительном двигателе подвергаются большим нагрузкам и высоким температурам и обычно отливаются или выковываются из алюминиевого сплава. Porsche сотрудничает с Mahle и производителем принтеров Trumpf для разработки самого современного процесса лазерной сварки металлов. Опираясь на данные, полученные прямо с компьютеров проектирования, поршни формируются путем сплавления порошкового алюминиевого сплава в 1200 слоев, по одному слою за раз.

Оптимизация топологии использует программное обеспечение для определения областей, где силы и нагрузки на поршень выше, так что в каждой области используется точно необходимое количество материала. В конструкцию поршня встроены временные опорные конструкции, предотвращающие провисание и деформацию, пока сплав еще горячий от тепла лазеров. Опорные конструкции сформированы как соты внутри таких областей, как отверстия поршня, которые в любом случае будут подвергаться механической обработке, чтобы избежать дополнительной работы по их удалению в дальнейшем.

Новая функция, которая была бы невозможна при использовании традиционных технологий литья метала в форму или при ковке, позволяет Porsche внедрить в поршень внутренний охлаждающий канал, похожий на туннель, проходящий по окружности поршня. Охлаждающее масло, протекающее через канал, помогает снизить температуру поршня на 20 C в критически важной области за поршневыми кольцами, которые уплотняют поршень с цилиндром. Канал питается крошечными масляными форсунками, напечатанными на 3D-принтере, которые слишком сложны, чтобы их можно было изготовить традиционными методами.

Программное обеспечение опирается на "бионический" дизайн, найденный в природе, для добавления силы поршню от механических воздействий. Поперечный разрез поршня похож на скопление мышц и сухожилий. Пять поршней могут быть изготовлены за 12 часов, но их можно увеличить до 15 поршней, используя более сложную версию принтера.

Шесть поршней были испытаны на двигателе 911 GT2 RS. Они работали в течение 200 часов, имитируя 24-часовую езду на треке, в том числе 6000 километров при средней скорости 250 километров в час и 135 часов работы в таком сложном режиме.

На данном этапе это дорогостоящий процесс, и для обеспечения хорошего и стабильного качества требуются дополнительные испытания и технические работы. Технология может быть использована для автомобильных двигателей серийного производства в ближайшие пять лет. Porsche также рассматривает другие компоненты, такие как интеркулер турбокомпрессора, для улучшения потока охлаждения и охлаждаемой площади. Он также работает с электрическими осевыми приводами со встроенными масляными радиаторами, которые могут быть изготовлены из меньшего количества деталей с использованием этой технологии.

Напомним, Porsche инвестирует 15 миллиардов долларов в новые технологии к 2025 году. Хотя глобальный доход от продаж упал на 7,3 процента по сравнению с 2019 годом, а рентабельность продаж упала на 26,3 процента, Porsche говорит, что они показали хорошие результаты по сравнению с конкурентами и имеют некоторые амбициозные планы на ближайшее будущее со значительными инвестициями в инновационные технологии и электрификацию своих спорткаров.

Галерея: Поршни от Porsche сделанные на 3D-принтере