基于3D打印技术的汽车动力系统快速开发研究

基于3D打印技术的汽车动力系统快速开发研究

采用基于模型的开发方法开发汽车动力系统，通过建立的整车模型结合硬件在环测试，对新开发的动力系统进行验证。应用时，需试制原型车，进行整车测试。原型车的制造周期较长，若能缩短原型车的制造周期，加快动力系统的开发验证，则有助于满足日益增长的燃油效率、成本和性能的要求。近年出现的3D打印技术已逐渐被应用在汽车行业中。因而，考虑利用3D打印实现汽车动力系统的快速开发。

3D打印技术能够通过计算机辅助设计（CAD）模型，直接生成汽车相关组件，具有较强的灵活性。利用3D打印技术生成整车框架，进行汽车动力系统的测试验证，消除原本的原型车制造过程。试验在美国橡树岭国家实验室进行，使用Solid Works设计软件建立汽车模型。打印材料选择碳纤维增强丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），其中，碳纤维含量维持在15%～20%。3D打印机喷嘴直径为5mm。首先进行整车框架的打印。为防止整车框架打印层之间发生分层现象，采用应力约为6.89MPa的紧固件进行紧固连接。为保证整车具有足够的抗扭刚度，添加一套金属扭力杆装置。通过有限元分析表明，当整车框架左右两侧各加载4500N的压力时，整车框架的最大应力为4.14MPa、最大挠度为8.89mm，能够满足汽车设计要求。之后进行整车表面覆盖件的打印，覆盖件厚度约为5.60mm。打印整车框架耗时12h，打印覆盖件耗时8h。为保证打印材料完全凝固，打印完成后需等待4h，因而整车制造耗时24h。基于打印出的汽车结构，可进行动力系统零部件尺寸的选择与确定、控制策略的开发与改进，以及性能预测，显著缩短汽车动力系统的开发周期。

Scott Curran et al.SAE

2016-01-0328.

编译：王祥