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3D打印百科
应对严苛工况中电机散热挑战!案例看3D打印冷却
发表日期:2020-12-07 12:12 浏览次数:94

方程式赛车的制造技术处于开发制造技术的前沿,在与赛车制造团队共同开发的过程中,机床和增材制造设备厂商也提炼出先进的制造工艺,从而进一步确认市场竞争地位。毋庸置疑,赛车运动仍然是技术加速器之一。

在过去十年中,增材制造-3D打印技术已成为赛车现代设计和原型、以及参赛车辆零部件的制造过程的重要部分。增材制造零件在赛车运动中获得不断的完善,最终将自上而下的延伸到更广泛的商业环境中。

本期,康铭光电科技将分享一个由德国FSG 方程式赛车参赛车队“E-Stall”与中国3D打印企业先临三维合作为赛车设计开发的3D打印冷却水套应用案例,以此来感受代表技术加速器的赛车运动如何通过增材制造技术实现零件性能提升。

功能集成一体化设计

FSG 是德国大学生方程式赛车,在大赛中,大学生团队建造的单座方程式赛车将与世界各地的车队竞争。获得胜利的团队所开发的赛车不仅要速度最快,而且在制造、性能、营销等多维度整体都是表现最好的。

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FSG 方程式赛车对车队的挑战在于赛车必须表现出非常优良的驾驶特性,如加速、制动和操纵,而且成本合理,安全可靠。 另外,美观、舒适性和配件的易得性会增加汽车的市场价值。‌就赛车性能而言,赛车零部件的设计与性能对于参赛车队尤为关键。

block 高性能电机的冷却挑战

埃斯林根应用科学大学(Esslingen University of Applied Sciences)的赛车队“E-Stall”正在为参加FSG设计和制造一辆电动赛车。

多年来,E.Stall一直是学生方程式大赛中公认的竞争对手。基于之前赛车季的经验,他们希望在可靠性方面改善电动赛车的冷却系统。E.Stall团队以前使用的冷却水套是由耐高温塑料制成的,分为两个半壳,直接安装在电机上。冷却水套的目的是调节电机的温度,防止赛车过程中电机过热。如果电机没有及时冷却,损坏的风险很高。之前赛季使用塑料冷却水套,容易漏水从而使电机出现问题。

block 提升冷却系统设计自由度

E.Stall 团队通过先临三维的粉末床激光熔化金属3D打印技术,为冷却水套设计优化获得了更多自由空间。

Sanwei_FSG_2E.Stall 3D打印电机冷却水套

在电动全轮驱动赛车中,高性能电机必须得到冷却。赛车的轮辋中只有少量的气流,所以使用冷却水套是至关重要的。两边各有一套冷却水管,赛车的两个电机用相应的转化器进行冷却。

E.Stall 采用最新面向增材制造的设计方案和先临三维旗下易加三维双激光金属增材制造设备EP-M250Pro,得到3D打印的铝制冷却水套,解决了漏水的问题,并且冷却水套的结构和重量也得到了显著优化。

金属3D打印技术的多功能性赋予E.Stall团队更多测试全新形状的机会,这是传统方法是不可能实现的。同时铝的材料属性使得冷却水套的整个表面都可以散热

Sanwei_FSG_3先临三维旗下易加三维3D打印设备制造的冷却水套。来源:先临三维

3D打印铝制冷却水套采用功能集成一体化设计,其中薄壁结构中集成了冷却水路,E.Stall团队对增材制造设计的冷却水套进行了流体仿真,不断改进设计方案,最终得到一个内径为94毫米,外径为112毫米,高度为126毫米的铝制冷却水套。

根据E.Stall 团队,借助先临三维团队和其最新的增材制造技术,他们能够用高精度的3D打印机,减少冷却水套壁厚,从而降低整体直径。这一复杂的设计通过传统制造技术是难以想象的。

康铭光电科技Review

有了3D打印技术,热管理的部件可以一改传统设计方式,与其他设备或零件相集成,冷却通道可以与零部件一体成型,还可以通过面向增材制造的设计在给定体积内获得更大表面积。这是粉末床选区激光熔化金属3D打印技术在热管理部件优化设计与性能升级中的显著优势。

这一优势不仅仅体现在赛车高性能电机冷却水套的应用中,更是已在航空航天功能集成热交换部件、汽车热交换器、高端跑车电机支架、集成冷却功能的汽车制动钳制造中得到了应用,并呈现出广阔的产业化前景。

根据康铭光电科技的市场观察,先临三维曾赞助国内外多家车队驰骋赛场,早在2018年,先临三维与旗下品牌易加三维共同助力哈尔滨工业大学(威海)HRT车队在2018中国大学生方程式系列赛事珠海站中获得电车赛的季军。在这次合作中,先临三维也是为赞助车队制造3D打印一体化金属电机冷却水套,积累了电机冷却水套增材制造的成功经验。

先临三维还与国际上知名热管理部件制造商建立了合作伙伴关系,开发铝合金下一代3D打印散热器。由代表着技术加速器的赛车热管理部件应用,到更为广泛的热交换部件增材制造应用,先临三维在这一领域所积累的经验将怎样助力散热器、热交换器类产品性能升级,康铭光电科技将保持关注。