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易加三维 | 以增材制造技术提升方程式赛车性能

News 17,oct,2020


      2021
年,德国埃斯林根应用科学大学E-Stall大学生方程式赛车团队采用易加三维增材制造技术成功改善电动赛车电动传动系统及电子设备冷却系统。

      E-Stall赛车团队设计并制造了一款电动赛车来参加德国大学生方程式赛车。在整个赛车的制作过程中,E-Stall团队使用易加三维的增材制造设备对赛车的3大组件进行大规模改进,其中2个是热交换器,使用EP-M260设备打印出高精度铝制零部件,极大的提升了赛车在运行过程中散热效率,提高了赛车的整车性能。

3D打印冷却套

德国大学生方程式赛车?

      德国大学生方程式赛车(Formula Student Germany)创办于2005年,在位于莱茵河流域的霍根海姆举办。这一被称为“全世界水平最高、规模最大”的大学生方程式赛车已成功举办16届,大赛受全世界广泛关注,奥迪,宝马等知名企业纷纷赞助了此项赛事。

      比赛要求按赛事规则和赛车制造标准,设计并制造一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车,能够完成全部或部分赛事环节的比赛。为了给予参赛车队最大的设计灵活性和自由度来发挥他们的创造力和想象力,赛事对赛车的整体设计只有少量限制。举办方通过搭建公共平台对参赛车队进行全方位考核,旨在提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、沟通与协调等五方面的综合能力。

这意味着,德国大学生方程式赛车比赛,将不仅仅是赛道上速度的比拼,更像是商场中的较量。他们需要像汽车厂商那样去思考,考虑赛车的受众群体,思考赛车的经济适用性及推广性,在满足市场竞争格局的情况下制造出价格更低廉、加速性能更优越、制动效果更好、操控性更舒适的赛车。同时,也需要考虑赛车整体的美观性、驾驶舒适度、零部件置换等诸多方面。

整个赛制评审团队由赛车运动、汽车领域及相关供应商专家三部分组成,他们将根据各个赛车团队的造车程序、成本规划、销售计划、赛车速度、赛道表现等多个维度综合评分,从而评定出该赛季的佼佼者。

关于E-Stall

      E-Stall已经连续多年参加德国大学生方程式赛车,是该赛车项目的重要参与者与推动者。根据前几个赛季的经验总结,他们在本赛季对电动赛车的冷却系统进行改造升级以提升赛车性能。E-Stall团队先前使用的冷却套由耐温聚合物制成,直接安装在由两个外壳组成的电驱动周围。冷却套的作用是调节驱动器的温度并防止过热,如果没有足够的冷却,电机发生损坏的风险相当高。使用聚合物冷却夹套期间,溶液容易发生泄漏,影响了赛车的整体性能且易发生安全事故。

      在电动四轮驱动赛车中,电机的功率密度高达10kW/kg,在没有冷却的情况下,电机满载运转时时会发生过热现象,所以高性能电机必须冷却才能保证赛车的正常运行。该赛车有两个冷却回路,每侧一个,为四个电机以及相应的逆变器提供冷却散热。E-Stall团队通过使用易加三维EP-M260双激光打印铝合金冷却套,在有效提升散热效率的同时解决了冷却部件的泄漏问题,显著提高赛车驾驶性能及安全系数。

      基于金属增材制造技术,E-Stall团队可以尝试设计冷却回路更为复杂、散热效果更好的赛车散热器,为整体赛车水平的提升提供了可能,这是传统工艺无法实现的。

      E-Stall团队介绍说:3D打印冷却套是一种高效可靠的产品。我们能够创建复杂的结构,这在任何传统方式下都是不可想象的。借助易加三维最新增材制造技术,高精度打印实现减少壁厚,减小了零件的总体尺寸。”

逆变器冷却性能改进

      同时,在冷却套旁边,易加三维支持E-Stall为其逆变器和转向部件配备了冷却板。两者都实现了几个组件的功能集成、轻量级设计和整体性能改进。


冷却套散热

      由于冷却系统、连接器和安装的功能集成,节省了组装步骤,故障保护设计不再容易发生泄漏。零件的最小壁厚有助于减小总直径,从而为电机周围的其他悬架部件创造更多空间。

      高精度高质量3D打印零部件对其功能发挥至关重要。对于逆变器而言,高精度压装式冷却套与冷却板的平直度同样重要。这两个部件都可以很好地实现其功能,并将电机和逆变器保持在65°C以下,根据E-Stall团队的说法,这是一个“难以置信的好结果”。对比上一次赛季,电机运行温度达到120°C。由此可见,易加三维增材制造设备在满足复杂化结构设计的同时,可打印出高精度、高质量、轻量化等工艺优势的零部件。

冷却夹套流动模拟

      冷却套的设计允许3,8kW的模拟冷却能力。由于部件温度较低,它们可以更高效地工作,从而使整个汽车的行驶范围更长,加速性能也更高。

取得的成绩

      基于出色的零部件和整体性能工程设计以及整个E-stall团队的奉献精神,他们在捷克和阿尔卑斯阿德里亚的工程设计竞赛中获得了第四名。动力传动与车辆动力学项目经理Felix Wenzelburger介绍说,“这门学科是检验团队设计赛车能力和评估团队知识储备的重要学科之一。”

      在克罗地亚,他们完成了耐力项目,并获得了效率类别的第一名。成功完成一场耐力赛是一项至高无上的荣誉,每个大学生方程式赛车团队均以此为目标。耐力赛是一项高强度、高压力、持久性赛车运动项目,最大极限的测试并验证了赛车整车及零部件性能,成功挑战对赛车团队具有里程碑意义。耐力赛验证了通过金属增材制造工艺生产的热交换器的高度可靠性和稳定性。E-stall团队表示,他们未来会继续与易加三维保持深入合作,加大增材制造技术在轻量级零部件及关键性能零部件的应用拓展。

3D打印转向机壳体

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