據(jù)外媒報(bào)道，由德國(guó)大眾汽車集團(tuán)旗下豪華汽車品牌布加迪(Bugatti)的工程師領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的新技術(shù)，可以使超輕型組件的強(qiáng)度與鋼筋混凝土柱一樣。此種新3D打印推桿(底盤承壓拉桿)僅重100克，最大可承受3.5噸壓力。其中空鈦合金結(jié)構(gòu)帶有內(nèi)部支撐拱形，具有令人難以置信的強(qiáng)度，是布加迪近期推出的幾種Bolide(專用軌道超級(jí)跑車) 3D打印零件中，又一個(gè)AM(大氣壓量)突破。

新項(xiàng)目由布加迪新興技術(shù)部博士生Henrik Hoppe領(lǐng)導(dǎo)。自2017年以來，Hoppe一直致力于開發(fā)創(chuàng)新型金屬材料和制造工藝，且其碩士論文就與3D打印鈦合金制動(dòng)鉗的計(jì)算方法有關(guān)。該制動(dòng)鉗比經(jīng)過高度優(yōu)化重量的Chiron2量產(chǎn)部件輕43%，但堅(jiān)固性一樣。Hoppe稱：“通過選擇性激光熔化，即通常所說的3D打印，可以生產(chǎn)出由內(nèi)部硬化的新型中空超復(fù)雜組件。這些組件非常輕巧，但卻非常結(jié)實(shí)牢固。我們會(huì)將其越來越多地應(yīng)用于超級(jí)跑車的零部件中。”

 
(圖片來源：布加迪)

在博士學(xué)位論文中，Hoppe再次取得突破。由于從概念到交付的整個(gè)制造過程需要花費(fèi)大量時(shí)間和金錢，因此Hoppe率先采用了新系統(tǒng)。Hoppe使用該系統(tǒng)確認(rèn)用于汽車制造的功能性3D打印金屬部件的商業(yè)和技術(shù)潛力。此外，還可以通過針對(duì)特定零件的應(yīng)用來增強(qiáng)這種潛力。以前，此類型的組件主要用于航空航天領(lǐng)域。

骨狀結(jié)構(gòu)

布加迪通常使用3D打印技術(shù)來增強(qiáng)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組件，并采用仿生學(xué)原理，使印刷出的部件具有骨狀結(jié)構(gòu)：薄壁、空心、且具有精細(xì)分支。因此組件盡管重量輕，但仍具有出色的剛度，且壁厚僅為0.4毫米。Henrik Hoppe稱：“我們將繼續(xù)減輕汽車的重量，同時(shí)在每個(gè)可能的領(lǐng)域增加其創(chuàng)新功能。”從構(gòu)思到生產(chǎn)再到車輛安裝，Hoppe都設(shè)計(jì)和精心計(jì)劃了每個(gè)步驟，并執(zhí)行了所有計(jì)算，以及評(píng)估組件量產(chǎn)的商業(yè)可行性。他補(bǔ)充說：“盡管布加迪在材料、制造工藝和組件方面的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求極高，但也必須具有商業(yè)可行性。”

布加迪是汽車金屬3D打印領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。從量產(chǎn)以來，這款超級(jí)跑車就配備了業(yè)界首批批量生產(chǎn)金屬3D打印功能組件：位于變速箱油箱旁的小型帶水高壓泵控制臺(tái)。2018年，布加迪推出全球最大的3D打印鈦零件，即鈦制制動(dòng)鉗。隨后又推出全球最大的混合動(dòng)力功能組件，該組件由3D打印的鈦和盤繞碳制成。布加迪新興技術(shù)負(fù)責(zé)人Frank Götzke表示：“這些組件非常輕便且堅(jiān)固耐用，因此絕對(duì)適合量產(chǎn)車輛。”

目前，布加迪Bolide作為技術(shù)載體已開始使用新材料和制造工藝，并于2020年10月下旬舉行了全球首發(fā)儀式。Götzke表示：“作為賽車形式的實(shí)驗(yàn)車輛，Bolide并非用于展示，而是凸顯布加迪完整技術(shù)的不二之選。發(fā)燒友們將來還會(huì)在其他車輛中看到這些尖端技術(shù)。”

像在賽車運(yùn)動(dòng)中通常使用的渦輪風(fēng)扇一樣，布加迪也找到了在超輕量鎂鍛造車輪上安裝徑向壓縮機(jī)的方法。其外觀類似于輪輞，但是具有多種功能：它們可通過制動(dòng)器將空氣從輪罩中泵出并將暖空氣吸入到外部。這樣，渦輪風(fēng)扇在冷卻制動(dòng)器的同時(shí)降低升力。與熟知的單材料解決方案相反，Bolide組件具有混合結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)3D打印的鈦制中央碗(厚度為0.48毫米)和一個(gè)0.7毫米厚的碳板組成，該碳板帶有碳制小內(nèi)葉片。中央鈦碗還有一個(gè)寬度為0.48毫米的橫條，進(jìn)一步提高其剛度，但重量?jī)H為100克。加上后輪上的單個(gè)18¼英寸渦輪風(fēng)扇(前部為17¼英寸)，總重不到400克。由于不可能獲得特定抗屈曲性和抗彎剛度，因此這在單材料解決方案中不可能實(shí)現(xiàn)。

重量?jī)H為325克卻可承受壓力1.8噸

高度復(fù)雜的3D打印組件也可用于隱蔽處。布加迪將鈦合金印在前翼子板的安裝支架上，前翼子板可以安裝在三個(gè)不同的高度。安裝支架，內(nèi)部空心且壁厚為0.7毫米，重量?jī)H為600克，但卻可以承受800公斤的氣動(dòng)壓力。通過Bolide的中央碳鰭片，后翼子板的下壓力可以在320 km/h的速度下達(dá)到1.8噸，并被引入上部結(jié)構(gòu)矩陣，該結(jié)構(gòu)矩陣構(gòu)成高強(qiáng)度不銹鋼后框架上端。在該中央散熱片內(nèi)部，有一個(gè)層壓和印刷的鈦制零件，用于將散熱片連接到機(jī)翼，并通過連接桿調(diào)節(jié)角度。剛性非常之大，但重量?jī)H為325克。工程師還使用鈦合金來印刷用于安裝轉(zhuǎn)向柱的支架，該支架具有集成的儀表板支撐、直通式轉(zhuǎn)向柱的支撐環(huán)以及車輛內(nèi)部的兩個(gè)通風(fēng)孔。所有組件均為輕型空心結(jié)構(gòu)，壁厚均勻?yàn)?.5毫米。

Bolide的車輪控制基于前后軸上的雙叉骨運(yùn)動(dòng)學(xué)(double-wishbone kinematics)。在后軸上，彈簧阻尼器元件具有垂直配置，而在前軸上，它們與行進(jìn)方向成直角水平布置。彈簧由鈦制成，減震器具有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)液器，該儲(chǔ)液器內(nèi)部集成在前軸減震器上。對(duì)于前軸上的水平彈簧減振器元件，垂直接觸力是通過連桿傳遞，該連桿直接位于下叉臂上的旋轉(zhuǎn)軸承旁邊?？刂茡u桿的支架壁厚僅為0.4毫米，且每個(gè)支架的重量?jī)H為95克，每個(gè)搖桿的重量都不到195克。由于空氣完全流過Bolide的前軸，因此其運(yùn)動(dòng)學(xué)組件(包括3D打印的鈦合金組件和高強(qiáng)度不銹鋼叉臂)都非常輕巧且堅(jiān)固，并在空氣動(dòng)力學(xué)方面得到了優(yōu)化。不僅如此，Bolide的所有其他3D打印元素的拉伸強(qiáng)度均為1,250 N/mm2。Götzke解釋說：“通過內(nèi)部開發(fā)的特殊熱處理工藝，拉伸強(qiáng)度大大提高，同時(shí)斷裂應(yīng)變至少達(dá)到19%。”

推桿100克

開發(fā)人員對(duì)于Bolide的推桿感到特別自豪。Hoppe表示：“他們將力傳遞到搖臂，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，其最大可承受壓力可達(dá)3.5噸。然而，由于采用多種創(chuàng)新技術(shù)，其重量?jī)H100克。”此外，布加迪的開發(fā)人員還首次改變了薄壁空心桿的壁厚。空心桿壁朝中心變厚，然后再次變薄，這意味著它們可以最佳地適應(yīng)局部應(yīng)力。與人體骨骼相似，該組件具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該特殊結(jié)構(gòu)最近也已注冊(cè)專利。

與已批量生產(chǎn)、眾所周知、經(jīng)過重量?jī)?yōu)化的鈦排氣管裝飾蓋相比，布加迪的由3D打印的鈦和陶瓷制成的混合部件重量減輕了約一半。組件長(zhǎng)度超280毫米，但壁厚卻始終只有0.5毫米，因此重量不到750克。由于陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于鈦合金，因此布加迪引入了特殊的陶瓷元素，并內(nèi)置在鈦合金外殼中，并使蓋板相對(duì)于碳外皮居中，因此即使排氣溫度超高，外皮也不會(huì)損壞。該隔熱罩還由內(nèi)置的文丘里噴嘴支撐：當(dāng)熱廢氣進(jìn)入尾管裝飾蓋時(shí)，新鮮空氣被吸入，從而在熱廢氣流周圍形成冷空氣套。

數(shù)月前，隨著Bolide(專用軌道的超級(jí)跑車)的推出，布加迪提出了非凡技術(shù)概念。這款標(biāo)志性的8.0升W16發(fā)動(dòng)機(jī)功率高達(dá)1,850PS?，可為僅重1,240公斤的汽車提供動(dòng)力。這意味著該車輛具備令人難以置信的0.67 kg/PS的重量/功率比、超過500 km/h的最高時(shí)速、完美操控性和最大靈活性。FrankGötzke總結(jié)道：“眾多技術(shù)亮點(diǎn)使Bolide如此與眾不同，但這些技術(shù)也可以應(yīng)用到量產(chǎn)車，這正是我們繼續(xù)開發(fā)和努力的方向。110多年來，布加迪在一直因其獨(dú)特創(chuàng)新令人印象深刻，未來，也將會(huì)繼續(xù)努力。”