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CSU車隊(duì)使用3D打印來改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能

加州3D打印專家Carbon的開拓性工作是我們定期報(bào)道的。幾年前，該公司推出了具有專利的數(shù)字光合成技術(shù)的3D打印機(jī)系列，并與阿迪達(dá)斯合作開發(fā)了一系列尖端3D打印運(yùn)動(dòng)鞋，以及其他開創(chuàng)性項(xiàng)目。 Carbon技術(shù)的另一個(gè)令人印象深刻的應(yīng)用是由加州大學(xué)薩克拉門托分校的學(xué)生工程團(tuán)隊(duì)Hornet Racing進(jìn)行的。該團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)，為正在為重大比賽而建造的賽車設(shè)計(jì)進(jìn)行了革命性的改變。

汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）每年都在不同的大學(xué)團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行比賽。它有嚴(yán)格的指導(dǎo)方針，旨在鼓勵(lì)創(chuàng)造力，挑戰(zhàn)學(xué)生提出解決設(shè)計(jì)和工程問題的創(chuàng)新方法。在2017年，SAE要求所有發(fā)動(dòng)機(jī)的蓄能器節(jié)氣門必須拆除，并用所有四個(gè)氣缸的單一節(jié)氣門代替。此外，準(zhǔn)則規(guī)定，一個(gè)20毫米直徑的限流器必須放在單節(jié)氣門后面。 Hornet Racing發(fā)動(dòng)機(jī)的這一性能限制減少了其潛在的氣流，嚴(yán)重限制了其輸出功率。

“大黃蜂”賽車使用的車輛有一臺(tái)本田CBR600RR系列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，通常配備四個(gè)獨(dú)立的節(jié)氣門（每個(gè)氣缸一個(gè)），每個(gè)節(jié)氣門直徑為44毫米，放置在靠近氣缸蓋的位置。競(jìng)爭(zhēng)指導(dǎo)方針要求對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行重大調(diào)整，氣流問題也影響了前幾年的車輛性能。氣流不暢通常會(huì)導(dǎo)致加速時(shí)間延遲或不可預(yù)測(cè)，這使駕駛員的工作在試圖控制車輛時(shí)變得更加困難。

該團(tuán)隊(duì)決定利用Carbon的3D打印技術(shù)來改善發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。最重要的是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的形狀必須改變，以改善和優(yōu)化通過發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流動(dòng)。具體來說，團(tuán)隊(duì)的主要目標(biāo)是創(chuàng)建促進(jìn)最小邊界層形成的組件，以實(shí)現(xiàn)更平滑的氣流。他們還希望將燃油噴射器端口集成到進(jìn)氣流道（將充氣室與氣缸蓋連接起來的管子）的底部，以實(shí)現(xiàn)最小的流動(dòng)湍流。整體的重量減輕和簡(jiǎn)化的裝配過程，會(huì)留下較少的誤差，也被認(rèn)為是可以提高性能的因素。

Carbon的數(shù)字光合成3D打印技術(shù)的使用意味著團(tuán)隊(duì)可以使用全新的設(shè)計(jì)幾何圖形。經(jīng)歷大量不同的幾何迭代以找到完美的形狀之前會(huì)花費(fèi)太多時(shí)間，但是整個(gè)過程通過基于直接實(shí)現(xiàn)3D數(shù)字模型的制造過程來顯著簡(jiǎn)化。而且，使用傳統(tǒng)的制造工藝，包括大量的工具，碳纖維模具和焊接，成品設(shè)計(jì)的組裝和生產(chǎn)成本已經(jīng)高得驚人。

Carbon專有的RPU 70材料打印，大黃蜂賽車的進(jìn)氣歧管的新設(shè)計(jì)是球形，只有7英寸的長(zhǎng)度。這取代了以前的兩英尺長(zhǎng)的擴(kuò)散器，以及超過半加侖容量的大增壓器。整體設(shè)計(jì)靈感來源于超音速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)錐體，能夠根據(jù)其形狀調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。該團(tuán)隊(duì)通過在燈泡結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計(jì)釘狀流動(dòng)分流，將擴(kuò)散器和通風(fēng)系統(tǒng)的功能集于一體。

3D打印還意味著不涉及焊接，并且新的進(jìn)氣部件的重量顯著減小。進(jìn)氣歧管位于車身相對(duì)較高處，這意味著其重量對(duì)汽車的側(cè)傾中心和其他車輛動(dòng)力學(xué)有重大影響。3D打印部件重量比2016年“大黃蜂”賽車所使用的重量減輕了50％，并且有助于改善車輛操控性和更好的整體駕駛體驗(yàn)。

在Carbon3D打印系統(tǒng)和材料的幫助下，“大黃蜂賽車”在SAE比賽中的表現(xiàn)比以前更好。 HR2017賽車在全球共有80支隊(duì)伍中排名第16位。

編譯自：3ders.org