Ένας πελάτης μπαίνει με ένα σφραγισμένο-και-συγκολλημένο στήριγμα μπαταρίας από χάλυβα-. Είναι κατασκευασμένο από πέντε ξεχωριστά κομμάτια που πρέπει να συγκολληθούν μεταξύ τους. Το πακέτο είναι ήδη βαρύ, η εμβέλεια υποφέρει και κάθε επιπλέον κιλό κοστίζει ενέργεια. Το ερώτημα είναι απλό: μπορούμε να διατηρήσουμε τη δύναμη και να κόψουμε το βάρος ταυτόχρονα; Η απάντηση είναι ναι. Συνδυάζοντας τη βελτιστοποίηση τοπολογίας μεΤρισδιάστατη εκτύπωση από κράμα αλουμινίου, οι μηχανικοί μπορούν να επανασχεδιάσουν το στήριγμα έτσι ώστε το υλικό να παραμένει μόνο όπου χρειάζεται, πολλά μέρη να γίνονται ένα και το τελικό εξάρτημα να είναι σημαντικά ελαφρύτερο.
Γιατί το βάρος μετράει τόσο πολύ σε μια μπαταρία EV
Η μπαταρία είναι συνήθως το μεμονωμένο βαρύτερο εξάρτημα ενός ηλεκτρικού οχήματος, και συχνά αντιπροσωπεύει το 20–25 % του συνολικού βάρους. Η επιπλέον μάζα αυξάνει την αντίσταση κύλισης, απαιτεί περισσότερη ενέργεια κατά την επιτάχυνση και μειώνει την αποτελεσματικότητα του αναγεννητικού φρεναρίσματος. Ως γενικός εμπειρικός κανόνας της βιομηχανίας, κάθε 100 κιλά βάρους που εξοικονομείται μπορεί να προσθέσει περίπου 15–17 km πραγματικής-παγκόσμιας εμβέλειας ή περίπου 5–6 % βελτίωση εμβέλειας για μείωση 10 % στο βάρος του οχήματος.
Οι βραχίονες και οι δομές στήριξης είναι εξαιρετικοί στόχοι για ελαφρύ βάρος. Υπάρχουν πολλά από αυτά σε ένα τυπικό πακέτο, είναι κατασκευαστικά ανεξάρτητα και δεν χρειάζεται να μεταφέρουν τα πλήρη φορτία σύγκρουσης του κύριου περιβλήματος. Επομένως, η μείωση της μάζας τους προσφέρει μετρήσιμα κέρδη χωρίς να διακυβεύεται η κύρια δομή ασφαλείας.
Τι είναι η τρισδιάστατη εκτύπωση από κράμα αλουμινίου, σε απλά αγγλικά;
Με απλά λόγια, η τρισδιάστατη εκτύπωση από κράμα αλουμινίου δημιουργεί ένα μέρος απλώνοντας λεπτά στρώματα σκόνης αλουμινίου και λιώνοντάς τα με λέιζερ, ένα στρώμα τη φορά, μέχρι να ολοκληρωθεί η πλήρης γεωμετρία. Η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως σύντηξη σε σκόνη λέιζερ-. Επειδή το υλικό προστίθεται μόνο όπου το απαιτεί ο σχεδιασμός, γίνονται δυνατά πολύπλοκα εσωτερικά πλέγματα, οργανικά σχήματα και ενοποιημένες γεωμετρίες.
Γιατί το AlSi10Mg είναι η πιο κοινή επιλογή
Τα 3D Printed Parts AlSi10Mg κυριαρχούν στις εφαρμογές αυτοκινήτων. Το κράμα προσφέρει καλή ισορροπία αντοχής, δυνατότητα χύτευσης-όπως η δυνατότητα εκτύπωσης και σχετικά χαμηλή πυκνότητα (περίπου 2,67 g/cm³). Μετά από κατάλληλη θερμική επεξεργασία, παρέχει αντοχές εφελκυσμού στην περιοχή 300–350 MPa με εύχρηστη ολκιμότητα, καθιστώντας το κατάλληλο για δομικούς βραχίονες.
Αλουμίνιο εναντίον χάλυβα εναντίον χυτού αλουμινίου
Πυκνότητα: AlSi10Mg ≈ 2,67 g/cm³|Χάλυβας ≈ 7,8 g/cm³|Χυτό αλουμίνιο παρόμοιο με το AlSi10Mg
Ειδική αντοχή: Το 3D-εκτυπωμένο AlSi10Mg είναι ανταγωνιστικό με πολλούς χάλυβες σε βάρος-για-βάρος
Ελευθερία σχεδίασης: πολύ υψηλότερη από τη χύτευση ή τη σφράγιση, επιτρέποντας τοπολογικά-βελτιστοποιημένα σχήματα που οι παραδοσιακές μέθοδοι δεν μπορούν να παράγουν
5 τρόποι που η τρισδιάστατη εκτύπωση κάνει τα στηρίγματα της μπαταρίας ελαφρύτερα
Βελτιστοποίηση τοπολογίας
Το λογισμικό αφαιρεί υλικό από περιοχές χαμηλού{0}}στρες και το αφήνει μόνο εκεί που ταξιδεύουν τα φορτία. Σε δημοσιευμένες περιπτώσεις, αυτό μόνο μείωσε τη μάζα του βραχίονα κατά 30-50 % διατηρώντας τις τάσεις εντός ορίων.
Πλέγμα και κοίλες κατασκευές
Τα εσωτερικά πλέγματα ή τα κοίλα τμήματα αντικαθιστούν τα συμπαγή τμήματα. Το εξάρτημα διατηρεί την ακαμψία όπου χρειάζεται, αλλά ρίχνει την περιττή μάζα. Αυτό είναι αδύνατο με τη συμβατική σφράγιση.
Μερική ενοποίηση
Πέντε σφραγισμένα κομμάτια που κάποτε χρειάζονταν συγκόλληση ή βίδα μπορούν να γίνουν ένα μόνο τυπωμένο εξάρτημα. Λιγότεροι σύνδεσμοι σημαίνουν μικρότερη μάζα από συνδετήρες, σφαιρίδια συγκόλλησης και επικαλυπτόμενες φλάντζες.
Λεπτοί τοίχοι χωρίς απώλεια ακαμψίας
Επειδή η κατανομή του υλικού είναι βελτιστοποιημένη, το πάχος του τοιχώματος μπορεί να μειωθεί σε περιοχές με χαμηλό-φορτίο, ενώ τα κρίσιμα τμήματα παραμένουν στιβαρά. Η συνολική ακαμψία διατηρείται ή και βελτιώνεται.
Λιγότεροι συνδετήρες, λιγότερη συναρμολόγηση
Η αφαίρεση των μπουλονιών, των παξιμαδιών και των συγκολλήσεων αφαιρεί τόσο το βάρος τους όσο και τις δευτερεύουσες εργασίες που απαιτούνται για την τοποθέτησή τους. Η τελική συναρμολόγηση είναι ελαφρύτερη και απλούστερη.
Αυτοί οι πέντε μοχλοί συνεργάζονται. Όταν εφαρμόζεται σε βραχίονες ελαφριάς μπαταρίας EV, το συνδυασμένο εφέ προσφέρει τακτικά μείωση βάρους 20–40% σε σύγκριση με την αρχική σφραγισμένη ή συγκολλημένη σχεδίαση.
Τι λέει η έρευνα: Πραγματικοί αριθμοί για την εξοικονόμηση βάρους
Οι δημοσιευμένες μελέτες και οι υποθέσεις του κλάδου δείχνουν σταθερά διψήφια-εξοικονόμηση. Μία-αναθεωρημένη τοπολογία-βελτιστοποιημένη βάση μπαταρίας πέτυχε μείωση μάζας κατά 49 % ενώ πέτυχε τους στόχους των παραγόντων αντοχής και ασφάλειας-. Ένα άλλο εξάρτημα πλαισίου από αλουμίνιο αυτοκινήτου που παράγεται με εκτύπωση μετάλλου-μεγάλου φορμά απέφερε περισσότερο από 30 % μείωση βάρους μαζί με σημαντική αύξηση στη στρεπτική ακαμψία. Παραδείγματα της κινεζικής βιομηχανίας σε υποστηρίγματα μπαταριών AlSi10Mg αναφέρουν περικοπές βάρους 25 % και αντίστοιχα κέρδη εμβέλειας αρκετών χιλιομέτρων.
Είναι το τρισδιάστατο τυπωμένο αλουμίνιο αρκετά ανθεκτικό;
Ναι-όταν το σχέδιο έχει επικυρωθεί σωστά. Ως-κατασκευασμένο το AlSi10Mg μπορεί να φτάσει τα 400–460 MPa σε εφελκυσμό. Το υλικό που έχει υποστεί θερμική επεξεργασία-ανταλλάσσει κάποια αντοχή με βελτιωμένη ολκιμότητα και υπολειπόμενη-ανακούφιση από το στρες. Οι απαιτήσεις κόπωσης, κραδασμών και σύγκρουσης πρέπει να εξακολουθούν να επαληθεύονται μέσω προσομοίωσης και φυσικών δοκιμών, όπως ακριβώς συμβαίνει με οποιοδήποτε άλλο δομικό στοιχείο. Μόλις περάσουν αυτές οι εξετάσεις,Τρισδιάστατη εκτύπωση από κράμα αλουμινίουανταποκρίνεται στις προσδοκίες αντοχής του αυτοκινήτου.
Μελέτη περίπτωσης: Πώς η Sunhingstones μείωσε το βάρος του βραχίονα
Ένας ευρωπαίος προμηθευτής EV χρειαζόταν μια οικογένεια στηριγμάτων υποστήριξης μπαταριών-. Το αρχικό σχέδιο χρησιμοποιούσε σφραγισμένα χαλύβδινα μέρη που συγκολλήθηκαν σε υπο-συναρμολογήσεις. Το βάρος ήταν μεγάλο, ο χρόνος συναρμολόγησης ήταν μεγάλος και οι αλλαγές σχεδιασμού απαιτούσαν νέα εργαλεία.
Η Sunhingstones επανασχεδίασε τις αγκύλες χρησιμοποιώντας βελτιστοποίηση τοπολογίας και τις εκτύπωσε σε AlSi10Mg. Πολλά κομμάτια ενοποιήθηκαν σε μεμονωμένα εξαρτήματα, εισήχθησαν εσωτερικά πλέγματα σε μη κρίσιμες ζώνες και η συνολική γεωμετρία βελτιώθηκε για δυνατότητα εκτύπωσης.
Αποτελέσματα για την πρώτη-παρτίδα πρόθεσης παραγωγής:
Το βάρος μειώθηκε κατά περίπου 32 % σε σύγκριση με το αρχικό συγκρότημα χάλυβα
Αριθμός χωριστών εξαρτημάτων που κόβονται από πέντε σε ένα
Ο χρόνος συναρμολόγησης μειώθηκε περισσότερο από το μισό
Η μηχανική απόδοση (στατική αντοχή και κραδασμοί) πληροί τις προδιαγραφές του πελάτη μετά από θερμική επεξεργασία και κατεργασία κρίσιμων διεπαφών
Ο χρόνος παράδοσης από τον εγκεκριμένο σχεδιασμό έως τα πρώτα λειτουργικά δείγματα ήταν λιγότερο από τρεις εβδομάδες. Η ίδια διαδικασία κλιμακώθηκε σε χαμηλή-σειρά παραγωγή χωρίς νέα εργαλεία.
Πότε η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει νόημα (και πότε δεν έχει)
Τρισδιάστατη εκτύπωση από κράμα αλουμινίουείναι μια ισχυρή επιλογή όταν:
Οι όγκοι είναι χαμηλοί έως μέτριοι (δεκάδες έως μερικές χιλιάδες μέρη ετησίως)
Η γεωμετρία είναι πολύπλοκη ή επανασχεδιάζεται συχνά
Η ενοποίηση εξαρτημάτων ή η βελτιστοποίηση τοπολογίας μπορεί να προσφέρει σαφή πλεονεκτήματα βάρους ή συναρμολόγησης
Το κόστος εργαλείων για τις παραδοσιακές μεθόδους είναι υψηλό σε σχέση με την ποσότητα εξαρτημάτων
Συνήθως δεν είναι η φθηνότερη διαδρομή όταν:
Οι όγκοι είναι πολύ μεγάλοι και η γεωμετρία απλή
Τα υπάρχοντα εργαλεία σφράγισης ή χύτευσης είναι ήδη αποσβεσμένα
Το εξάρτημα δεν επωφελείται από πολύπλοκες εσωτερικές δομές
Ένας έμπειροςΚατασκευαστής μεταλλικών τρισδιάστατων εκτυπώσεωνθα σας πει με ειλικρίνεια σε ποια κατάσταση βρίσκεστε.
Πώς να επιλέξετε έναν κατασκευαστή τρισδιάστατης εκτύπωσης αλουμινίου
Αναζητήστε αυτές τις δυνατότητες:
Αποδεδειγμένη εμπειρία με AlSi10Mg και σκόνη{1}}ποιότητας αυτοκινήτου
Έλεγχος πυκνότητας, εφελκυσμού και (κατά προτίμηση) CT στο σπίτι
Θερμική επεξεργασία, ανακούφιση από το στρες και δυνατότητα δευτερογενούς κατεργασίας
Δυνατότητα παροχής σχεδίου-για-προσθετική-παραγωγή (DFM) ανατροφοδότηση και υποστήριξη βελτιστοποίησης τοπολογίας-
Ξεκάθαρη διαδρομή από το πρωτότυπο στην παραγωγή χαμηλού-όγκου
Ένας προμηθευτής που παράγει ήδη βραχίονες για ελαφριά μπαταρία EV και άλλα δομικά εξαρτήματα αλουμινίου θα συντομεύσει τον κύκλο ανάπτυξής σας και θα μειώσει τον τεχνικό κίνδυνο.
FAQ
Πόσο βάρος μπορεί να εξοικονομήσει η τρισδιάστατη εκτύπωση σε ένα στήριγμα μπαταρίας;
Η τυπική εξοικονόμηση κυμαίνεται από 20 % έως 40 % σε σύγκριση με τα σχέδια με σφραγισμένο ή συγκολλημένο χάλυβα όταν εφαρμόζεται βελτιστοποίηση τοπολογίας και ενοποίηση μερών. Τα ακραία κρούσματα έχουν φτάσει σχεδόν το 50%.
Είναι το τρισδιάστατο τυπωμένο αλουμίνιο τόσο ισχυρό όσο το επεξεργασμένο αλουμίνιο;
Ως-κατασκευασμένο και θερμικά επεξεργασμένο-το AlSi10Mg φτάνει σε επίπεδα αντοχής συγκρίσιμα με πολλά συμβατικά κράματα αλουμινίου. Το κλειδί είναι ο σωστός έλεγχος της διαδικασίας, η θερμική επεξεργασία και η επικύρωση για τις συγκεκριμένες περιπτώσεις φορτίου.
Πόσος χρόνος χρειάζεται για να ληφθεί ένα τυπωμένο δείγμα παρένθεσης;
Από τα εγκεκριμένα δεδομένα CAD, λειτουργικά δείγματα είναι συχνά διαθέσιμα σε 1-3 εβδομάδες, ανάλογα με το μέγεθος, την ποσότητα και τις απαιτήσεις μετά την επεξεργασία-.
Μπορείτε να φτιάξετε μικρές παρτίδες για δοκιμή;
Ναί. Οι σειρές παραγωγής χαμηλού{1}}όγκου δεκάδων ή εκατοντάδων ανταλλακτικών αποτελούν τυπική περίπτωση χρήσης για την κατασκευή μεταλλικών πρόσθετων.
Ποια αρχεία χρειάζεστε για να παραθέσετε;
Ένα τρισδιάστατο μοντέλο CAD (προτιμάται STEP) καθώς και τυχόν θήκες φόρτωσης, κρίσιμες διαστάσεις,-απαιτήσεις φινιρίσματος επιφάνειας και πληροφορίες ποσότητας είναι συνήθως επαρκείς για μια πρώτη προσφορά και αναθεώρηση DFM.
Είστε έτοιμοι να ελαφρύνετε τη μπαταρία σας;
Στείλτε μας το τρέχον σχέδιο βραχίονα ή το τρισδιάστατο μοντέλο σας. Θα αξιολογήσουμε το-δυναμικό εξοικονόμησης βάρους, θα προτείνουμε ευκαιρίες τοπολογίας ή ενοποίησης και θα παρέχουμε μια σαφή προσφορά μαζί με ένα ρεαλιστικό σχέδιο παραγωγής. Η τρισδιάστατη εκτύπωση από κράμα αλουμινίου είναι μια από τις πιο πρακτικές διαδρομές που διατίθενται σήμερα για τη μείωση της μάζας στις δομές μπαταριών EV χωρίς να θυσιάζεται η απόδοση.