Połącz się z nami

Cześć, wpisz to czego szukasz

Aktualności

Porsche – obudowa napędu elektrycznego wprost z drukarki 3D

Lżejsza, wytrzymalsza, bardziej zwarta: Porsche wyprodukowało swoją pierwszą kompletną obudowę napędu elektrycznego przy użyciu druku 3D. Jednostka silnik-skrzynia biegów, stworzona w procesie laserowego stapiania metali, bez żadnych problemów zaliczyła wszystkie testy jakościowe i wytrzymałościowe.

To dowodzi, że wytwarzanie przyrostowe – ze wszystkimi jego zaletami – nadaje się również do (tworzenia) większych i silnie obciążonych elementów stosowanych w elektrycznych autach sportowych” – powiedział Falk Heilfort, menedżer projektu w dziale zaawansowanego rozwoju układów napędowych w centrum rozwojowym Porsche w Weissach. Można sobie wyobrazić, że zoptymalizowany napęd elektryczny mógłby znaleźć zastosowanie na przykład w supersportowym samochodzie zbudowanym w ramach limitowanej edycji.

Inżynierowie z działu przyspieszenia rozwoju układów napędowych byli w stanie zrealizować kilka etapów rozwoju prototypu jednocześnie. Wykonana metodą przyrostową obudowa ze stopu metali jest lżejsza niż tradycyjna część odlewana – zmniejsza to całkowitą masę napędu o około 10%. Specjalne struktury, jakie umożliwia wyłącznie zastosowanie druku 3D, pozwoliły przy tym aż dwukrotnie zwiększyć sztywność konstrukcji w silnie obciążonych obszarach. Kolejną zaletą wykorzystania wytwarzania przyrostowego jest możliwość zintegrowania wielu funkcji i części. Znacząco ogranicza to prace montażowe i bezpośrednio pozytywnie wpływa na jakość części.

Druk 3D otwiera nowe możliwości dla rozwoju i produkcji części w niewielkich seriach. Porsche intensywnie dąży do jego wykorzystania w celu optymalizacji części poddawanych dużym obciążeniom. Kilka miesięcy temu nowe, wydrukowane tłoki z powodzeniem sprawdziły się w wyczynowym samochodzie sportowym 911 GT2 RS. Również nowa obudowa kompletnego napędu elektrycznego spełnia wysokie wymagania jakościowe; w jednym module zintegrowano tu silnik elektryczny oraz dwubiegową przekładnię. Całość jest przeznaczona do stosowania przy przedniej osi sportowego samochodu.

Naszym celem było opracowanie napędu elektrycznego z potencjałem do wykorzystania wytwarzania przyrostowego, a jednocześnie zintegrowanie w obudowie napędu jak największej liczby funkcji i części, tak aby zmniejszyć masę i zoptymalizować konstrukcję” – powiedział Falk Heilfort. Żaden inny proces produkcyjny nie oferuje tylu możliwości i tak szybkiej realizacji jak druk 3D. Szczegóły projektu mogą być przesyłane do drukarki prosto z komputera, bez czynności pośrednich, takich jak wytwarzanie narzędzi. Części powstają warstwa po warstwie, z proszku ze stopu aluminium. Umożliwia to tworzenie kształtów o niemal dowolnej geometrii – jak na przykład obudowy ze zintegrowanymi kanałami chłodzącymi. Każda warstwa ulega stopieniu i łączy się z poprzednią. Druk 3D obejmuje wiele różnych technologii. Obudowa napędu została wykonana z metalowego proszku o wysokim stopniu czystości przy użyciu laserowego stapiania (łączenia) metali (LMF). W tym przypadku wiązka lasera ogrzewa i topi powierzchnię proszku odpowiadającą konturowi części.

Optymalizację napędu elektrycznego rozpoczęto od integracji komponentów takich jak łożyska, wymienniki ciepła i elementy układu obiegu oleju. Następnie przeprowadzono komputerową definicję obciążeń i interfejsów. Na tej podstawie wyznaczono ścieżki naprężeń. Kolejnym krokiem w ramach przyjętej metody wirtualnego rozwoju była optymalizacja tych ścieżek poprzez wprowadzenie tzw. struktur kratowych – zainspirowanych samą matką naturą. Podobne struktury można bowiem dostrzec na przykład w układzie kostnym lub w świecie roślin. „Udało nam się poszerzyć i ulepszyć nasze rozwiązania z zakresu oprogramowania, a także metody tworzenia takich części. Teraz jesteśmy w stanie bardzo szybko doprowadzić je do fazy realizacji” – powiedział Sebastian Wachter, specjalista w zakresie metodologii projektowania i optymalizacji topologii w dziale zaawansowanego rozwoju układów napędowych. W połączeniu ze sztuczną inteligencją daje to interesujące perspektywy, jeśli chodzi o optymalizację metod rozwoju na przyszłość.

Większa swoboda projektowania, jaką daje druk 3D, idzie w parze z określonymi wymaganiami. Inżynierowie muszą wziąć pod uwagę fakt, że obrabiane elementy są wytwarzane warstwa po warstwie, poprzez stapianie. Jeśli w kształcie występują duże wypukłości, może wystąpić konieczność wprowadzenia elementów wsporczych, takich jak żebra. Nie mogą one jednak sięgać do kanałów przenoszących media – dlatego istotne jest, aby już w fazie projektowania uwzględnić kierunek, w którym powstają warstwy. Przy obecnie dostępnej technologii maszynowej wydruk pierwszego prototypu obudowy trwał kilka dni i ze względu na rozmiar komponentu musiał odbywać się w ramach dwóch procesów konstrukcyjnych. Dzięki najnowszym generacjom maszyn możliwe jest skrócenie tego czasu o 90%, a cała obudowa może być wykonana w ramach jednego procesu.

Dzięki integracji poszczególnych funkcji oraz optymalizacji topologii waga elementów obudowy została ograniczona o ok. 40%. W przypadku całego napędu oznacza to oszczędność masy na poziomie ok. 10%. Jednocześnie znacznie wzrosła sztywność konstrukcji; za sprawą struktur kratowych sztywność połączenia między silnikiem elektrycznym a przekładnią została zwiększona o 100%, pomimo że ciągła grubość ścianki wynosi zaledwie 1,5 mm. Ponadto struktura plastra miodu zmniejsza drgania cienkich ścianek obudowy, a tym samym znacząco poprawia akustykę całego napędu. Z kolei integracja części sprawiła, że jednostka napędowa może być bardziej zwarta; pozwala to istotnie podnieść efektywność wykorzystania przestrzeni i „uszczuplić” zakres prac montażowych o około 40 czynności. Odpowiada to około 20-minutowemu skróceniu czasu produkcji. Dodatkowa korzyść: integracja wymiennika ciepła przekładni w połączeniu ze zoptymalizowanym przenoszeniem ciepła poprawia chłodzenie całego napędu – a to podstawowy warunek dla dalszego wzrostu osiągów.

Obudowa wykonana w procesie druku 3D po raz kolejny demonstruje potencjał, jaki wytwarzanie przyrostowe ma w Porsche w przypadku innowacji produktowych. Potencjał ten pojawia się również w przypadku innowacji związanych z procesami postępowania (tzw. zwinny rozwój i elastyczna produkcja) oraz w przypadku nowych obszarów działalności, jak na przykład personalizacja (nowe oferty dla klientów i części zamienne). Technologia druku 3D jest dla Porsche interesująca zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym – szczególnie w przypadku specjalnych i małych serii, a także w świecie sportu motorowego.

Reklama

Może Cię również zainteresować

Aktualności

W pierwszej połowie roku 2020, Audi dostarczyło do klientów na całym świecie 17 641 sztuk modelu e-tron.

Aktualności

Po wielu miesiącach zapowiedzi spółka ElectroMobility Poland ujawniła prototypy polskich samochodów elektrycznych

Aktualności

Pierwszy na świecie elektryczny rajdowy puchar jednej marki

Aktualności

Najnowsze badanie przeprowadzone na polskich respondentach przez zespół analityczny InsightOut Lab we współpracy z marką Volkswagen dowodzi, że rozwój rynku fotowoltaicznego może pozytywnie wpłynąć...