面向增材制造的制動(dòng)鉗設(shè)計探索

魔猴君  行業(yè)(yè)資訊   1919天前

日本山一特殊鋼公司（YAMAICHI Special Steel）的增材制造部門(mén)對制動(dòng)鉗進(jìn)行了重新設(shè)計。重新設(shè)計的制動(dòng)鉗所使用的制造工藝為選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)(shù)，增材制造工藝釋放了設(shè)計自由度，重新設(shè)計的制動(dòng)鉗能夠在實(shí)現(xiàn)減重的基礎(chǔ)上集成熱交換結(jié)構(gòu)，并且增加壓力油路的供油方向。這一設(shè)計案例對汽車(chē)安全部件設(shè)計優(yōu)(yōu)化與創(chuàng )(chuàng)新具有一定參考意義。

面向增材制造而設(shè)計的制動(dòng)鉗。來(lái)源：YAMAICHI Additive

 有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)減重與功能集成

YAMAICHI在重新設(shè)計中應用了拓撲優(yōu)(yōu)化技術(shù)(shù)，并在制動(dòng)鉗中集成了面向增材制造的TPMS 結(jié)構(gòu)。此外，YAMAICHI 在設(shè)計中添加了優(yōu)(yōu)化的壓力損失油路?？紤]到制動(dòng)鉗在工作時(shí)可能遇到礫石撞擊之類(lèi)的環(huán)(huán)境因素，YAMAICHI 在制動(dòng)鉗下方增加了防止撞擊損壞的防護面。

拓撲優(yōu)(yōu)化的制動(dòng)鉗。來(lái)源：YAMAICHI Additive

TPMS 為三重周期性最小表面（TPMS），對于結(jié)構(gòu)應用而言，該設(shè)計顯示出高強度重量比。該設(shè)計如果與增材制造技術(shù)(shù)結(jié)合使用，將使設(shè)計師能夠創(chuàng )(chuàng)建兼具高強度和散熱特性的多功能結(jié)構(gòu)。

集成熱交換結(jié)構(gòu)的制動(dòng)鉗。來(lái)源：YAMAICHI Additive

而根據(jù)YAMAICHI披露的設(shè)計方案，他們的確設(shè)計了一款集成熱交換結(jié)構(gòu)的制動(dòng)鉗，熱交換結(jié)構(gòu)的作用是在制動(dòng)周期內(nèi)對制動(dòng)鉗進(jìn)行冷卻，空氣流能夠穿過(guò)冷卻通風(fēng)口并加快冷卻過(guò)程。采用這一設(shè)計的制動(dòng)鉗比傳統(tǒng)設(shè)計減輕了40％的重量。

這款制動(dòng)鉗的另外一個(gè)設(shè)計創(chuàng )(chuàng)新是壓力油路。通常，壓力油路中只有一個(gè)向制動(dòng)鉗活塞供油的方向，但設(shè)計優(yōu)(yōu)化后，有五個(gè)方向向卡鉗活塞供油，這一設(shè)計有助于在活塞表面上產(chǎn)(chǎn)生更好的壓力分布。

拓撲優(yōu)(yōu)化和油路優(yōu)(yōu)化的設(shè)計結(jié)果。來(lái)源：YAMAICHI Additive

YAMAICHI 團隊在進(jìn)行制動(dòng)鉗優(yōu)(yōu)化時(shí)，所面向的制造工藝是基于粉末床激光熔化的增材制造工藝，材料為AlSi10Mg。

 Review

金屬3D打印技術(shù)(shù)多被應用于制造復雜的結(jié)構(gòu)件，但用于制造制動(dòng)鉗這樣的安全件是存在質(zhì)(zhì)疑的領(lǐng)(lǐng)域。然而，跑車(chē)制造商布加迪與其合作伙伴為Chiron跑車(chē)開(kāi)發(fā)(fā)的3D打印鈦合金制動(dòng)鉗，對這些質(zhì)(zhì)疑做了有力的回應。

Chiron是目前最強力，最快的超級跑車(chē)之一，具有出色的加速性能，從0 加速到375 km/h，減速至80 km/h要求不超過(guò)42秒，而出色的性能對輕量化和強勁的發(fā)(fā)動(dòng)機提出了極高要求，也對剎車(chē)系統(tǒng)的性能提出更高要求。

布加迪與其合作伙伴開(kāi)發(fā)(fā)的3D打印鈦合金制動(dòng)鉗，在減重、性能、強度上實(shí)現(xiàn)了很好的結(jié)合。3D打印鈦合金制動(dòng)鉗，長(cháng)41厘米，寬21厘米，高13.6厘米，重量只有2.9公斤。與之前使用的重量為4.9公斤的鋁制部件相比，布加迪可以通過(guò)使用新的鈦合金部件確保更高的強度，并且使制動(dòng)卡鉗的重量減輕約40％。

布加迪3D打印制動(dòng)鉗極限測試（圖片來(lái)源：百度）

布加迪已對這一3D打印的新型八活塞整體式制動(dòng)鉗進(jìn)行了性能測試。3D打印鈦合金制動(dòng)鉗能夠以375 km / h的速度應對極強度、剛度和溫度要求，制動(dòng)力為1.35g，制動(dòng)盤(pán)溫度高達1,100°C。3D打印制動(dòng)鉗的抗拉強度為1250 N / mm2，材料密度超過(guò)99.7％。性能測試更是進(jìn)一步揭示了這一創(chuàng )(chuàng)新的產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)化前景。

來(lái)源：3D科學(xué)谷