Porsche актыўна вывучае тэхналогію 3D-друку і цяпер упершыню прымяняе яе да вельмі напружаных рухомых кампанентаў, такіх як поршні. Яны пакуль з'яўляюцца прататыпам, але першыя вынікі выпрабаванняў друкаваных поршняў абнадзейлівыя.
У выніку партнёрства ў распрацоўцы паміж Porsche, Mahle і Trumpf (якія распрацоўваюць працэсы вытворчасці і друку), каб праверыць гэтую тэхналогію, нямецкі вытворца сабраў гэтыя поршні ў шасцёрку «монстра» 911 GT2 RS.
Магчыма, вы спытаеце, навошта друкаваць поршні?
Каваныя поршні ў рухавіку 911 GT2 RS ужо выкарыстоўваюць тэхналогію вытворчасці, якая спалучае ў сабе лёгкасць, трываласць і даўгавечнасць. Асноўныя характарыстыкі, якія вытрымліваюць строгасць абяцанай высокай прадукцыйнасці.
Аднак можна і далей. 3D-друк або адытыўная вытворчасць (па пластах) дазваляе аптымізаваць канструкцыю поршня, асабліва на структурным узроўні, ужываючы матэрыял толькі там, дзе сілы дзейнічаюць на поршань. Аптымізацыю немагчыма атрымаць з дапамогай традыцыйных метадаў вытворчасці, магчыма толькі таму, што 3D-друк «стварае» аб'ект пласт за пластом, што дазваляе даследаваць новыя формы.
Падпішыцеся на нашу рассылку
Аптымізацыя дызайну прыводзіць да больш арганічных, чым геаметрычных формаў, якія, здаецца, прыходзяць непасрэдна ад прыроды, адсюль і пазначэнне біёнічнага дызайну.
У рэшце рэшт, у нас ёсць кампанент з неабходнай структурнай цэласнасцю - Porsche кажа, што яго друкаваныя поршні нават мацней, чым каваныя - але для дасягнення гэтага патрабуецца менш матэрыялу, каб атрымаць больш лёгкі кампанент.
Параўнанне каванага поршня (злева) з друкаваным поршням (справа).
На 10% лягчэй, больш за 300 абаротаў у хвіліну, больш за 30 к.с
У выпадку друкаваных поршняў Porsche гэтая тэхналогія дазволіла знізіць іх масу на 10% у параўнанні з каванымі поршнямі, якія выкарыстоўваюцца ў стандартным 911 GT2 RS, але, па словах Фрэнка Ікінгера з аддзела перадавых распрацовак Porsche, «наша мадэляванне паказвае, што ёсць патэнцыял эканоміі да 20% вагі».
У аўтамабілі вага, а дакладней, маса - вораг, тое ж самае і ў рухавіку. Поршань з'яўляецца рухомым кампанентам, таму выдаленне масы прыносіць перавагі. Будучы лягчэйшым, менш інэрцыі, таму, у прынцыпе, для перамяшчэння спатрэбіцца менш намаганняў.
У выніку друкаваныя поршні Porsche дазволілі 911 GT2 RS 3.8 biturbo flat-6 працаваць на 300 абаротаў у хвіліну вышэй серыйнага рухавіка, што дало дадатковыя 30 л.з. максімальнай магутнасці, або 730 л.
Але перавагі не сканчаюцца на большай лёгкасці поршня. Як мы ўжо згадвалі, 3D-друк дазваляе выкарыстоўваць спосабы, якія немагчыма дасягнуць з дапамогай традыцыйных метадаў вытворчасці. У выпадку гэтых друкаваных поршняў, выраб пласта дазволіла дадаць канал астуджэння ззаду поршневых кольцаў. Гэта як закрытая трубка ўнутры поршня, толькі з двума ўваходнымі і выходнымі адтулінамі для алейнага контуру.
Пры гэтым спосабе дадатковага астуджэння тэмпература поршня падчас працы зніжаецца больш чым на 20°C менавіта там, дзе ён падвяргаецца найбольшай цеплавой нагрузцы. Дасягнуўшы больш нізкай працоўнай тэмпературы поршня, Porsche таксама ўдалося аптымізаваць згарэнне, павялічваючы ціск і тэмпературу, што прыводзіць да большай эфектыўнасці. Як кажа Фрэнк Ікінгер:
«Гэта добры прыклад таго, як рухавік унутранага згарання яшчэ мае патэнцыял для будучыні».
Як вырабляюцца надрукаваныя поршні Porsche
Супрацоўніцтва з Mahle, якая распрацавала і вырабіла каваныя поршні для 911 GT2 RS, дазволіла ім распрацаваць металічны парашок, які служыць у якасці «чарніла» для друку поршняў. Парашок выкарыстоўвае алюмініевы сплаў M174+ Mahle, такі ж, як і каваныя поршні 911 GT2 RS. Такім чынам, характарыстыкі друкаваных поршняў супастаўныя з характарыстыкамі кованых поршняў.
Лазер расплавляе металічны парашок і, пласт за пластом, поршні прымаюць форму.
Уваходзіць Trumpf, які распрацаваў працэс вытворчасці і друку. Высокадакладны 3D-прынтар Trumpf TruPrint 3000 сплавляе парашок, пласт за пластом, з дапамогай працэсу, які называецца LMF, або лазернае зліццё металу. У гэтым працэсе парашок плавіцца з дапамогай лазернага прамяня таўшчынёй ад 0,02 мм да 0,1 мм, пласт за пластом.
У гэтым выпадку спатрэбіцца прыкладна 1200 слаёў, на друк зойме каля 12 гадзін.
Друкарская машына Trumpf дазваляе друкаваць пяць поршняў адначасова, і пасля ўважлівага аналізу надрукаваных поршняў у партнёрстве з Zeiss было пацверджана, што яны не адрозніваюцца ад кованых поршняў.
Прынтэр Trumpf можа друкаваць пяць поршняў адначасова.
тэст, тэст і тэст
Пасля таго, як яны будуць устаноўлены на шасцёрку 911 GT2 RS, прыйшоў час праверыць іх. З рухавіком, размешчаным на выпрабавальным стэндзе, ён быў выпрабаваны ў выпрабаванні на цягавітасць на працягу 200 гадзін.
Сярод розных праведзеных выпрабаванняў адзін з іх мадэляваў 24-гадзінную гонку на хуткаснай трасе: ён «праехаў» каля 6000 км дыстанцыі з сярэдняй хуткасцю 250 км/г, нават імітуючы прыпынкі для запраўкі. Іншы тэст уключаў 135 гадзін пры поўнай нагрузцы і 25 гадзін пры рознай хуткасці.
Вынік гэтага цяжкага выпрабавання? Тэст прайшоў, усе друкаваныя поршні прайшлі тэст без рэгістрацыі якіх-небудзь праблем.
Ці ўбачым мы, як гэтыя друкаваныя поршні з'явяцца на рынку?
Так, паглядзім, але канкрэтнага раскладу няма. Тэхналогія 3D-друку існуе ўжо некалькі дзесяцігоддзяў і ўжо шырока выкарыстоўваецца ў аўтамабільнай прамысловасці, але праўда ў тым, што яна толькі падрапала паверхню свайго патэнцыялу.
Ці ўбачым мы на будучай мадэлі Porsche нанесеныя поршні? Верагодна.
Зараз гэта звычайная тэхналогія ў стварэнні прататыпаў. Гэта дазваляе ствараць канкрэтныя кампаненты і нават хутка даследаваць розныя варыянты дызайну кампанентаў без неабходнасці распрацоўваць машыны для іх вырабу, адкрываючы цэлы свет магчымасцяў.
Porsche ўжо выкарыстоўвае гэтую тэхналогію і ў іншых галінах, напрыклад, у спаборніцтвах і ў класіцы. Porsche Classic ужо вырабляе 20 дэталяў (з пластыка, сталі і іншых металічных сплаваў) для класічных мадэляў з дапамогай 3D-друку, якія больш не вырабляліся і якія інакш было б немагчыма вырабіць зноў.
Мы таксама ўбачым, што гэтая тэхналогія будзе прымяняцца ў спецыяльных мадэлях або мадэлях з нізкім узроўнем вытворчасці, ці нават з пункту гледжання опцый або налады - напрыклад, у гэтым годзе сядзенне ў стылі бакет з выкарыстаннем 3D-друку стала даступна ў якасці опцыі для 718 і 911 — бо гэты від вытворчасці аказваецца эканамічна і тэхнічна больш цікавым.
Прататып барабаннай лаўкі з выкарыстаннем 3D-друку
Porsche таксама працуе над укараненнем гэтай тэхналогіі ў высокасерыйныя мадэлі, што адбудзецца ў доўгатэрміновай перспектыве. Як доўга? Гэта тое, пра што мы спыталі Фрэнка Ікінгера, і яго адказ, не даючы абсалютнай упэўненасці, «прынамсі 10 гадоў (2030)» — нам трэба пачакаць, але патэнцыял 3D-друку, а таксама яго разбуральны фактар бясспрэчныя.