Прототип за производство с малки серии: корпус на електрическо задвижване от 3D принтер
По-лек, по-твърд, по-компактен: Porsche е създал първия си пълен корпус за електрическо задвижване, използвайки 3D печат. Комплектът двигател-скоростна кутия, произведен чрез адитивния процес на лазерно сливане, премина безпроблемно всички тестове за качество и стрес. „Това доказва, че производството на добавки с всичките му предимства е подходящо и за по-големи и силно натоварени компоненти в електрическите спортни автомобили“, казва Фалк Хайлфорт, ръководител на проекта в отдела за предварително развитие на Powertrain в Центъра за развитие на Porsche във Вайсах. Възможно е оптимизираното електрическо задвижване да може да се използва например в супер спортен автомобил с ограничена серия.
Инженерите от отдела за усъвършенстване са успели да извършат няколко стъпки за разработка едновременно с прототипа. Допълнително произведеният алуминиев корпус е по-лек от конвенционално излятата част и намалява общото тегло на задвижването с приблизително десет процента. Благодарение на специални структури, които станаха възможни само благодарение на 3D печат, твърдостта в силно напрегнати области въпреки това се удвои. Друго предимство на производството на добавки е фактът, че множество функции и части могат да бъдат интегрирани. Това значително намалява монтажните работи и пряко облагодетелства качеството на частите.
3D печатът отваря нови възможности в разработването и производството на части с малък обем. Porsche усилено движи напред използването на добавки за оптимизиране на силно напрегнатите части. Преди няколко месеца нови печатни бутала успешно се доказаха във високоеефективния спортен автомобил 911 GT2 RS. Разработеният в момента корпус за цялостно електрическо задвижване също отговаря на изискванията за високо качество. В същия корпус като в електрическия мотор е интегрирана двустепенна кутия надолу по веригата. Този силно интегриран подход е предназначен за използване на предния мост на спортния автомобил.
„Нашата цел беше да разработим електрическо задвижване с потенциал за производство на добавки, като в същото време интегрираме възможно най-много функции и части в корпуса на задвижването, като спестим тегло и оптимизираме структурата“, казва Фалк Хайлфорт. Никой друг производствен процес не предлага толкова много възможности и толкова бързо изпълнение като 3D печат. Данните за дизайна могат да се подават към принтера директно от компютъра, без междинни стъпки, като например изработка на инструменти. След това частите се създават слой по слой от прах от алуминиева сплав. Това прави възможно производството на форми като корпуси с интегрирани охладителни канали в почти всякаква геометрия. Всеки слой се разтопява и след това се слива с предишния слой. За тази цел се предлагат редица различни технологии. Корпусът на задвижването е произведен от метален прах с висока чистота, използвайки процеса на лазерно метално сливане (LMF). Тук лазерен лъч загрява и топи прахообразната повърхност, съответстваща на контура на частта.
Оптимизацията на електрическото задвижване започна с интегрирането на дизайна на компоненти като лагери, топлообменници и подаване на масло. Това беше последвано от компютърно изчислената дефиниция на товари и интерфейси. Тогава на тази основа се извършва определяне на пътищата на натоварване. Следващата стъпка във виртуалния метод за разработка е оптимизация на пътищата на натоварване чрез интегриране на така наречените решетъчни структури. Тези структури се възползват от природата и могат да се видят в подобна форма в кости или растения, например. „Успяхме да разширим и подобрим нашите софтуерни решения и методи за създаване на такива части и сега сме в състояние да ги приложим на практика за много кратък период от време“, казва Себастиан Вахтер, специалист по методология на проектиране и оптимизация на топологията в развитието в отдела Powertrain Advance отдел. В комбинация с изкуствен интелект тук се появяват интересни подходи за оптимизиране на методите за развитие за в бъдеще.
Разширената свобода на дизайна, предлагана от 3D печат, също върви ръка за ръка със специфични изисквания за дизайн. Те включват инженерите, които трябва да вземат предвид факта, че заготовките се произвеждат слой по слой чрез синтез. Ако във формата има големи издатини, може да се наложи да се планират поддържащи елементи като ребра. Те обаче не трябва да се простират в канали, носещи носители. Ето защо е важно да се вземе предвид посоката, в която се изграждат слоевете на етапа на проектиране. С наличната в момента технология на машината, отпечатването на първия прототип на корпуса отне няколко дни и трябваше да се извърши в два процеса на изграждане поради размера на компонента. С най-новите поколения машини е възможно да се намали това време с 90% и целият корпус може да бъде произведен в един процес на изграждане.
Теглото на частите на корпуса е намалено с приблизително 40% поради интегрирането на функциите и оптимизирането на тополога. Това представлява спестяване на тегло от около 10% за цялото задвижване поради олекотената конструкция. Сковаността е увеличена значително едновременно. Въпреки непрекъснатата дебелина на стената от само 1,5 мм, твърдостта между електродвигателя и скоростната кутия е увеличена със 100 % поради решетъчните конструкции. Структурата на пчелната пита намалява трептенията на тънките стени на корпуса и по този начин значително подобрява акустиката на задвижването като цяло. Интегрирането на части направи задвижващия блок по-компактен, значително подобри задвижващия пакет и намали работата по сглобяване с около 40 работни стъпки. Това е еквивалентно на намаляване на времето за производство от около 20 минути. Допълнително предимство: интегрирането на топлообменника на скоростната кутия с оптимизирано предаване на топлина подобрява охлаждането на задвижването като цяло. Това е основно изискване за допълнително увеличаване на производителността.
Корпусът, произведен чрез процеса на 3D печат, отново показва потенциала на производството на добавки за Porsche, когато става въпрос за продуктови иновации в бъдеще. Потенциали възникват и в областта на иновациите в процесите - гъвкаво развитие и гъвкаво производство - и за нови области на бизнеса, като персонализиране с нови предложения за клиенти и резервни части. Тази производствена технология е технически и икономически интересна за Porsche, специално за специални и малки серии, както и за моторните спортове.