保時捷合作馬勒3D打印鋁制活塞 可提升性能

　　據外媒報道，作為與跑車制造商保時捷以及機械制造公司通快集團（Trumpf）合作的一部分，德國汽車零部件制造商馬勒（MAHLE）首次利用3D打印技術，生產了高性能的鋁制活塞，而且成功在保時捷911 GT2 RS跑車的發動機試驗臺上通過了測試。雖然標準鍛造法制造的活塞已經達到了性能潛力的極限，但是，還是有可能通過提高其效率，將保時捷700 HP發動機的功率提升30 HP。馬勒就正在研發其3D打印技術，未來，該公司將能夠通過為驅動系統、熱管理和機電一體化系統提供合適的部件，為電機等替代性驅動系統領域的客戶提供支持。

圖片來源：馬勒，車型：保時捷911 GT2 RS跑車

　　該項新工藝實現了所謂的仿生設計，模擬人體骨骼等自然結構，只在受載區域增加材料，讓活塞的結構適應負載。此種工藝節省了材料，而且與利用傳統方法制造的活塞相比，3D打印活塞的重量輕了20%，同時堅固性得到提升。

　　此外，馬勒的開發人員還在活塞環附近插入了一個放置恰當、形狀特殊的冷卻長廊。該設計基于馬勒多年的活塞熱工藝經驗，而且只能使用3D打印制成。該冷卻廊減少了活塞頂環岸（活塞中一個特別受壓的部分）的溫度負荷，從而可優化發動機燃燒，為發動機實現更高的最高速度鋪平道路。

　　該項新型生產工藝以馬勒研發的特殊鋁合金為基礎，因為此種鋁合金長期以來就成功應用于鑄造活塞。首先，該合金被霧化為細粉末，然后利用激光金屬熔化（LMF）工藝被打印出來。激光束將粉末熔化成所需的厚度，然后再在其上面增加一層，每次增加一層直到制造出該款活塞。采用該方法，3D打印專家Trumpf能夠在約12小時內生產出由1200層粉末制成的活塞毛坯。

　　然后，馬勒最后對該款活塞毛坯加工、測量、測試，保證其必須符合傳統制造部件采用的嚴格標準。特別需要注意的是活塞的中心區域——活塞裙，以及其與連桿連接的部分——銷孔。要對此類區域進行裙擺脈沖和撕裂測試，馬勒的工程師可以模擬未來運行過程中活塞可能會承受的負載。

　　除了切開活塞進行分析，該項目合作伙伴卡爾蔡司（Zeiss）還利用CT掃描、3D掃描和顯微鏡進行了大量的無損測試。結果表明，打印的活塞達到了與常規生產的活塞相同的高質量標準。在實際測試中，保時捷911 GT2 RS的發動機安裝了6個活塞，而驅動單元在測試臺上最艱苦的條件下成功完成了200小時的耐力測試。其中包括以平均250 km/h的速度行駛約6000公里（包括加油），滿載條件下運行約135個小時；還包括25小時的負荷運行，即車輛以極限模式運行。

　　保時捷和Trumpf聯合項目的另一部分還證明了3D打印的優勢，即一個額外的增壓空氣冷卻機器，其隱藏在渦輪和原來的增壓空氣冷卻器之間的空氣管道中，由于利用3D打印制成，該額外組件的傳熱表面更大，從而可優化控制空氣流量和空氣冷卻，讓進入的空氣更冷，提高發動機性能，降低油耗。

　　馬勒計劃在未來項目中進一步發揮3D打印等新型制造工藝的潛力，以擴大其在該領域內的競爭力。更短的開發和生產的時間是一個巨大優勢，特別對于電動移動出行等新技術而言。在電動移動出行領域，在電動汽車、電機或變速箱外殼和電池系統中，需要具有復雜結構的熱管理部件來冷卻和調節空氣?？諝馔ǖ?、過濾器外殼和機油管理部件等電機外圍部件的優化也需要依靠此類新工藝。

　　在研發小批量和生產停產部件供應給歷史車輛的后市場，此種工藝也找到了需求。其他有前景的應用領域包括快速構建原型，如快速構建用于測試的部件，以及逆向制造，即利用3D掃描復制部件。