面向增材制造的制動(dòng)鉗設(shè)計(jì)探索
魔猴君 行業(yè)資訊 1587天前
日本山一特殊鋼公司（YAMAICHI Special Steel）的增材制造部門對(duì)制動(dòng)鉗進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。重新設(shè)計(jì)的制動(dòng)鉗所使用的制造工藝為選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)，增材制造工藝釋放了設(shè)計(jì)自由度，重新設(shè)計(jì)的制動(dòng)鉗能夠在實(shí)現(xiàn)減重的基礎(chǔ)上集成熱交換結(jié)構(gòu)，并且增加壓力油路的供油方向。這一設(shè)計(jì)案例對(duì)汽車安全部件設(shè)計(jì)優(yōu)化與創(chuàng)新具有一定參考意義。
面向增材制造而設(shè)計(jì)的制動(dòng)鉗。來源：YAMAICHI Additive
有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)減重與功能集成
YAMAICHI在重新設(shè)計(jì)中應(yīng)用了拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，并在制動(dòng)鉗中集成了面向增材制造的TPMS 結(jié)構(gòu)。此外，YAMAICHI 在設(shè)計(jì)中添加了優(yōu)化的壓力損失油路?？紤]到制動(dòng)鉗在工作時(shí)可能遇到礫石撞擊之類的環(huán)境因素，YAMAICHI 在制動(dòng)鉗下方增加了防止撞擊損壞的防護(hù)面。
拓?fù)鋬?yōu)化的制動(dòng)鉗。來源：YAMAICHI Additive
TPMS 為三重周期性最小表面（TPMS），對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)用而言，該設(shè)計(jì)顯示出高強(qiáng)度重量比。該設(shè)計(jì)如果與增材制造技術(shù)結(jié)合使用，將使設(shè)計(jì)師能夠創(chuàng)建兼具高強(qiáng)度和散熱特性的多功能結(jié)構(gòu)。
集成熱交換結(jié)構(gòu)的制動(dòng)鉗。來源：YAMAICHI Additive
而根據(jù)YAMAICHI披露的設(shè)計(jì)方案，他們的確設(shè)計(jì)了一款集成熱交換結(jié)構(gòu)的制動(dòng)鉗，熱交換結(jié)構(gòu)的作用是在制動(dòng)周期內(nèi)對(duì)制動(dòng)鉗進(jìn)行冷卻，空氣流能夠穿過冷卻通風(fēng)口并加快冷卻過程。采用這一設(shè)計(jì)的制動(dòng)鉗比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)減輕了40％的重量。
這款制動(dòng)鉗的另外一個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新是壓力油路。通常，壓力油路中只有一個(gè)向制動(dòng)鉗活塞供油的方向，但設(shè)計(jì)優(yōu)化后，有五個(gè)方向向卡鉗活塞供油，這一設(shè)計(jì)有助于在活塞表面上產(chǎn)生更好的壓力分布。
拓?fù)鋬?yōu)化和油路優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果。來源：YAMAICHI Additive
YAMAICHI 團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行制動(dòng)鉗優(yōu)化時(shí)，所面向的制造工藝是基于粉末床激光熔化的增材制造工藝，材料為AlSi10Mg。
Review
金屬3D打印技術(shù)多被應(yīng)用于制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，但用于制造制動(dòng)鉗這樣的安全件是存在質(zhì)疑的領(lǐng)域。然而，跑車制造商布加迪與其合作伙伴為Chiron跑車開發(fā)的3D打印鈦合金制動(dòng)鉗，對(duì)這些質(zhì)疑做了有力的回應(yīng)。
Chiron是目前最強(qiáng)力，最快的超級(jí)跑車之一，具有出色的加速性能，從0 加速到375 km/h，減速至80 km/h要求不超過42秒，而出色的性能對(duì)輕量化和強(qiáng)勁的發(fā)動(dòng)機(jī)提出了極高要求，也對(duì)剎車系統(tǒng)的性能提出更高要求。
布加迪與其合作伙伴開發(fā)的3D打印鈦合金制動(dòng)鉗，在減重、性能、強(qiáng)度上實(shí)現(xiàn)了很好的結(jié)合。3D打印鈦合金制動(dòng)鉗，長41厘米，寬21厘米，高13.6厘米，重量只有2.9公斤。與之前使用的重量為4.9公斤的鋁制部件相比，布加迪可以通過使用新的鈦合金部件確保更高的強(qiáng)度，并且使制動(dòng)卡鉗的重量減輕約40％。
布加迪3D打印制動(dòng)鉗極限測試（圖片來源：百度）
布加迪已對(duì)這一3D打印的新型八活塞整體式制動(dòng)鉗進(jìn)行了性能測試。3D打印鈦合金制動(dòng)鉗能夠以375 km / h的速度應(yīng)對(duì)極強(qiáng)度、剛度和溫度要求，制動(dòng)力為1.35g，制動(dòng)盤溫度高達(dá)1,100°C。3D打印制動(dòng)鉗的抗拉強(qiáng)度為1250 N / mm2，材料密度超過99.7％。性能測試更是進(jìn)一步揭示了這一創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)化前景。
來源：3D科學(xué)谷
