让保时捷重获新生,3D打印重建气缸盖

 保时捷传奇系列的Spinder 550、904和Carrera 356汽车的车主感觉自己是汽车历史上的一个部分,因为这些车型都经历过升值。356汽车的总产量超过78000辆,其中1/2的356在今天仍然可以使用。

  

然而,当超过使用寿命的发动机不能再开动的时候,车子的价值就直线下降了。在气缸盖损坏无法修补的情况下,唯一的补救办法是重建气缸盖或通过逆向工程来生产一个新的与原来设计完全一样的气缸盖,不管是重新设计还是逆向工程,3D打印都是高效可行的方式。

在本次案例中,且看voxeljet维捷如何通过3D打印砂芯为保时捷重建气缸盖。

 

德国Retro-Design 3D GmbH公司接受了为保时捷重建气缸盖的挑战,而原来的砂芯生产工艺由于成本太高的原因不能采用,唯一的办法是通过3D打印的方式来生产砂芯。

 

对于每一个设计工程师来说,重构复杂的组件是一个挑战,因为在大多数情况下,图纸是不可用的,气缸盖的重新设计优化是个探索过程,并且设计必须要了解零件设计的修改对气缸的性能会带来怎样的影响,尤其在气门座,喷油部位和凸轮轴部位需要考虑设计改变的每个细节将会对性能带来的作用。

 

气门导管、座圈、凸轮轴轴承、进气和排气管道、气缸盖螺钉等必须通过三维的方式精确建模出来。不仅如此,还需要考虑后期金属铸造的要求,从铸造的角度增加技术指标,如斜角和圆角等。Retro-Design 3D GmbH公司先是三维扫描保时捷Carrera 356的发动机缸盖,然后通过CATIA V5来进行建模,在建模工作完成后通过铸造仿真软件进行铸造过程的模拟。

随后,Retro-Design 3D GmbH公司将3D打印十一个砂芯的整个核心包订单发送到位于Friedberg的voxeljet服务中心。通过voxeljet打印机出色的打印质量,勾勒出2mm薄壁冷却肋结构,且内芯和外芯在3D打印过程中无需支撑结构。

除了薄壁结构的打印,voxeljet砂模打印的特点还包括:

 

经济生产:砂模和砂芯印逐层打印,无需复杂且昂贵的生产工具。

大幅面打印:大型模具可在成形尺寸达4,000 x 2,000 x 1,000 mm 的平台上进行打印。

快速可用性:最快仅需3个工作日即可交货。

复杂的组件:几乎任意的几何形状,凹形底亦可以实现。

精密砂模芯和高表面质量:单层石英砂厚度为300微米。

常用的铸造材料:石英砂和呋喃树脂。

适于所有金属的铸造:例如铝,黄铜,镁,铁和钢铸造以及所有常见的合金。

可能的组合:3D打印砂芯可以与传统的砂模组合,反之亦然。

易于取出砂芯:由于固化剂含量较低,除气和取芯难度和传统工艺相仿。

理想的样机制造和零件优化:使用3D打印可以快速、灵活、经济地开发和优化零件。

最终的金属铸件是由一个专门的铸造厂完成的。热等静压(HIP)处理带来了发动机缸盖机械性能的很大的提升,并且减少了毛刺。经过T6固溶处理,水冷到室温,然后再重新加热进行时效处理,使合金中各种相充分溶解,强化固溶体,并提高韧性及抗蚀性能,消除应力与软化,使得气缸盖的强度极限得到升级,然后通过五轴加工中心完成了铝合金气缸盖的最后精加工。