100g 3D打印推桿傳遞3.5噸力，布加迪新概念車Bolide上的3D打印技術(shù)

2021年1月28日，南極熊獲悉，豪華汽車制造商Bugatti（布加迪）宣布在新概念超級汽車Bugatti Bolide中使用增材制造技術(shù)。

這款車的設(shè)計細節(jié)在公司新技術(shù)部門的博士生Henrik Hoppe的博士論文中進行了概述。早在2017年，Hoppe就寫出了碩士論文，內(nèi)容是關(guān)于布加迪Chiron的3D打印剎車卡鉗的計算方法，與原來的量產(chǎn)部件相比，3D打印卡鉗的重量減輕了43%。

從那時起，這位工業(yè)工程師開發(fā)了一個新系統(tǒng)，以確定金屬3D打印在布加迪最新性能汽車中的商業(yè)和技術(shù)可行性。這款概念車Bolide早在2020年10月就已亮相，搭載8.0升W16發(fā)動機，重量僅為1240公斤，最高時速超過500公里。

△布加迪Bolide，圖片來自布加迪

靈感來自骨骼

在設(shè)計Bolide時，Hoppe計劃了車輛結(jié)構(gòu)的每一步，并進行了所有必要的計算，以確保它確實可行。車的3D打印部件的靈感來自于骨骼結(jié)構(gòu)，它們大多具有薄壁（有的比0.4毫米還�。�、中空的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細小的分支。據(jù)報道，仿生設(shè)計的選擇使車輛具有出色的剛性，同時大大減輕了部件的重量。

Hoppe補充說："通過選擇性激光熔化的工藝，可以生產(chǎn)出從內(nèi)部硬化的新型、中空的、超復(fù)雜的部件，這些部件非常輕巧，但卻具有極高的剛性和強度。我們將繼續(xù)減輕汽車的重量，同時在每個可以想象的領(lǐng)域增加創(chuàng)新功能。"

△布加迪Bolide的車尾，圖片來自布加迪

一根3D打印的推桿，重量只有100克

在Bolide的3D打印部件中，一根僅重100g的推桿引人注目。這根承壓的鈦合金耦合桿被安置在底盤區(qū)域。盡管重量不大，但由于內(nèi)部具有支撐拱門的中空結(jié)構(gòu)，推桿能夠根據(jù)不同的動作傳遞高達3.5噸的力。

這款推桿也是布加迪首次改變薄壁中空桿的壁厚。部件向中心增厚，然后又向兩端變薄，這意味著它可以同時優(yōu)化局部應(yīng)力和重量。布加迪甚至已經(jīng)為這個結(jié)構(gòu)注冊了專利申請。

優(yōu)化的重量與強度比

其他重量與強度比驚人的3D打印部件的例子包括用于Bolide前翼的鈦合金安裝支架。雖然它的重量只有600克，但該安裝支架可以承受高達800公斤的空氣動力下壓力，其內(nèi)部為中空，壁厚為0.7毫米。

從車輛的尾管裝飾罩來看，這是一個由鈦和陶瓷組成的3D打印混合組件，與已經(jīng)量產(chǎn)的車型相比，布加迪成功將這個部件的重量減輕了50%左右�，F(xiàn)在重量不到750克，部件的壁厚為0.5毫米。

飾蓋的陶瓷元素因出色的絕緣性能而被嵌入鈦合金外殼中。布加迪做出的設(shè)計選擇是為了保護碳纖維外皮免受高排氣溫度的影響。此外，內(nèi)置的文丘里噴嘴也有助于實現(xiàn)熱屏蔽功能，它可以在高溫廢氣周圍形成一層冷空氣。整個組件的創(chuàng)新性很強，還為此提交了專利申請。

△Bolide的引擎蓋下采用了3D打印鈦合金部件，圖片來自布加迪

在各大汽車廠商中，布加迪在增材制造生產(chǎn)方面肯定有不小的收獲。除了Chiron的剎車卡鉗之外，布加迪此前還與Scalmalloy生產(chǎn)商APWORKS合作，為Chiron Pur Sport3D打印了鈦合金排氣尾管。與3D打印機OEM SLM Solutions合作，布加迪此前還3D打印了擾流板、電機支架、氣缸頭蓋、鰭狀尾燈，甚至前軸差速器。

布加迪3D打印剎車卡鉗

2018年12月，大眾發(fā)布了一段視頻，對3D打印布加迪剎車卡鉗進行了測試。布加迪是大眾旗下品牌之一，在設(shè)計3D打印部件方面經(jīng)驗豐富，公司正推進其首批用于批量生產(chǎn)的3D打印部件，并已進入測試階段。

視頻中顯示，布加迪正展示新款車上取代傳統(tǒng)制造卡鉗的3D打印制動鉗及其測試程序。工程師將一個帶有圓盤和剎車片的卡鉗放在一個模擬速度高達每小時249英里(約400公里)的支架上。在這樣高速的情況下完成制動對于卡鉗是一項真正的挑戰(zhàn)。在最高負載時，剎車盤和卡鉗都達到了近1000℃的溫度�？梢哉f剎車盤完全是在燃燒。

3D打印現(xiàn)在是汽車行業(yè)的一個重要嘗試。視頻中顯示，卡鉗生產(chǎn)時間不少于45小時，過程中需要放置鈦粉并使用4個400瓦激光熔化物質(zhì)。3D打印機在結(jié)構(gòu)完成之前要使用到2,313層材料。然后，對部件進行熱處理，最后用五軸聯(lián)動銑床加工所有功能表面的輪廓。但與布加迪目前使用的常規(guī)卡鉗相比，3D打印制動卡鉗的最大優(yōu)勢在于其重量，鈦3D打印卡鉗重量減輕了43%�？ㄣQ僅重2.9kg，而目前使用的鋁部件重量為4.9kg

鈦合金3D打印排氣筒

2020年3月，增材制造方案咨詢提供商APWORKS（空客旗下的3D打印公司）宣布為最新的布加迪Chiron（Chiron Pur Sport）3D打印鈦零件。排氣管是用鈦合金3D打印的，更輕巧、更耐高溫。

△布加迪跑車尾氣管，使用EOS M400多激光金屬3D打印機生產(chǎn)

設(shè)計師利用增材制造的能力來生產(chǎn)壁很薄的排氣尾管，實現(xiàn)大幅度的減重。 布加迪總裁斯蒂芬·溫克爾曼（Stephan Winkelmann）解釋說：“減少50公斤的重量，同時增加下壓力并配置頂級的運動底盤和懸架裝置，Chiron Pur Sport擁有令人難以置信的抓地力，超快的加速度和非凡的精確操控性。 ”

△布加迪Chiron Pur Sport，圖片來自布加迪

布加迪（Bugatti）新款跑車Chiron Pur Sport 售價330萬美元，設(shè)計重點在于轉(zhuǎn)彎而不是最高速度。通過3D打印Chiron Pur Sport的排氣尾管，APWORKS幫助布加迪減輕了車輛制造的重量。排氣管的低重量構(gòu)成了Chiron Pur Sport賽車后部設(shè)計的關(guān)鍵部分，利用了新的空氣動力學配置，產(chǎn)生了更大的下壓力，同時更輕的重量增加了敏捷性和動態(tài)轉(zhuǎn)彎。此外，由于材料的特性，用鈦合金生產(chǎn)排氣尾管有助于優(yōu)化零件的耐高溫性。

布加迪首席設(shè)計師Frank Heyl說道“我們特別關(guān)注Chiron Pur Sport的敏捷性。車輛在后軸上產(chǎn)生更大的下壓力，而大型的前分離器，進氣口，具有優(yōu)化的出風口和減小的車輛高度的輪拱式通風口在前端達到了平衡�！�

△布加迪Chiron Pur Sport后排，圖片來自布加迪