德國大學生賽車隊用中國3D打印機提升方程式賽車性能

來源：易加三維

2021年，德國埃斯林根應用科學大學E-Stall大學生方程式賽車團隊采用易加三維增材制造技術(shù)成功改善電動賽車電動傳動系統(tǒng)及電子設(shè)備冷卻系統(tǒng),。

E-Stall賽車團隊設(shè)計并制造了一款電動賽車來參加德國大學生方程式賽車,。在整個賽車的制作過程中,，E-Stall團隊使用易加三維的增材制造設(shè)備對賽車的3大組件進行大規(guī)模改進，其中2個是熱交換器,，使用EP-M260設(shè)備打印出高精度鋁制零部件,，極大的提升了賽車在運行過程中散熱效率，提高了賽車的整車性能,。

△3D打印冷卻套

德國大學生方程式賽車,？

德國大學生方程式賽車(Formula Student Germany)創(chuàng)辦于2005年，在位于萊茵河流域的霍根海姆舉辦,。這一被稱為“全世界水平最高,、規(guī)模最大”的大學生方程式賽車已成功舉辦16屆，大賽受全世界廣泛關(guān)注,，奧迪,，寶馬等知名企業(yè)紛紛贊助了此項賽事。

比賽要求按賽事規(guī)則和賽車制造標準,，設(shè)計并制造一輛在加速,、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車,，能夠完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽,。為了給予參賽車隊最大的設(shè)計靈活性和自由度來發(fā)揮他們的創(chuàng)造力和想象力，賽事對賽車的整體設(shè)計只有少量限制,。舉辦方通過搭建公共平臺對參賽車隊進行全方位考核,，旨在提高學生們的設(shè)計、制造,、成本控制,、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力,。

這意味著,，德國大學生方程式賽車比賽，將不僅僅是賽道上速度的比拼,，更像是商場中的較量,。他們需要像汽車廠商那樣去思考，考慮賽車的受眾群體,，思考賽車的經(jīng)濟適用性及推廣性,，在滿足市場競爭格局的情況下制造出價格更低廉、加速性能更優(yōu)越,、制動效果更好,、操控性更舒適的賽車,。同時,，也需要考慮賽車整體的美觀性,、駕駛舒適度、零部件置換等諸多方面,。

整個賽制評審團隊由賽車運動,、汽車領(lǐng)域及相關(guān)供應商專家三部分組成，他們將根據(jù)各個賽車團隊的造車程序,、成本規(guī)劃,、銷售計劃、賽車速度,、賽道表現(xiàn)等多個維度綜合評分,，從而評定出該賽季的佼佼者。

關(guān)于E-Stall

E-Stall已經(jīng)連續(xù)多年參加德國大學生方程式賽車,，是該賽車項目的重要參與者與推動者,。根據(jù)前幾個賽季的經(jīng)驗總結(jié)，他們在本賽季對電動賽車的冷卻系統(tǒng)進行改造升級以提升賽車性能,。E-Stall團隊先前使用的冷卻套由耐溫聚合物制成,，直接安裝在由兩個外殼組成的電驅(qū)動周圍。冷卻套的作用是調(diào)節(jié)驅(qū)動器的溫度并防止過熱,，如果沒有足夠的冷卻,，電機發(fā)生損壞的風險相當高。使用聚合物冷卻夾套期間,，溶液容易發(fā)生泄漏,，影響了賽車的整體性能且易發(fā)生安全事故。

在電動四輪驅(qū)動賽車中,，電機的功率密度高達10kW/kg,，在沒有冷卻的情況下，電機滿載運轉(zhuǎn)時時會發(fā)生過熱現(xiàn)象,，所以高性能電機必須冷卻才能保證賽車的正常運行,。該賽車有兩個冷卻回路，每側(cè)一個,，為四個電機以及相應的逆變器提供冷卻散熱,。E-Stall團隊通過使用易加三維EP-M260雙激光打印鋁合金冷卻套，在有效提升散熱效率的同時解決了冷卻部件的泄漏問題,，顯著提高賽車駕駛性能及安全系數(shù),。

基于金屬增材制造技術(shù)，E-Stall團隊可以嘗試設(shè)計冷卻回路更為復雜,、散熱效果更好的賽車散熱器,，為整體賽車水平的提升提供了可能，這是傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的,。

E-Stall團隊介紹說：3D打印冷卻套是一種高效可靠的產(chǎn)品,。我們能夠創(chuàng)建復雜的結(jié)構(gòu),，這在任何傳統(tǒng)方式下都是不可想象的。借助易加三維最新增材制造技術(shù),，高精度打印實現(xiàn)減少壁厚,，減小了零件的總體尺寸�,！�

△逆變器冷卻性能改進

同時,，在冷卻套旁邊，易加三維支持E-Stall為其逆變器和轉(zhuǎn)向部件配備了冷卻板,。兩者都實現(xiàn)了幾個組件的功能集成,、輕量級設(shè)計和整體性能改進。

△冷卻套散熱      

由于冷卻系統(tǒng),、連接器和安裝的功能集成,，節(jié)省了組裝步驟，故障保護設(shè)計不再容易發(fā)生泄漏,。零件的最小壁厚有助于減小總直徑,，從而為電機周圍的其他懸架部件創(chuàng)造更多空間。

高精度高質(zhì)量3D打印零部件對其功能發(fā)揮至關(guān)重要,。對于逆變器而言,，高精度壓裝式冷卻套與冷卻板的平直度同樣重要。這兩個部件都可以很好地實現(xiàn)其功能,，并將電機和逆變器保持在65°C以下,，根據(jù)E-Stall團隊的說法，這是一個“難以置信的好結(jié)果”,。對比上一次賽季,，電機運行溫度達到120°C。由此可見,，易加三維增材制造設(shè)備在滿足復雜化結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時,，可打印出高精度、高質(zhì)量,、輕量化等工藝優(yōu)勢的零部件,。

△冷卻夾套流動模擬

冷卻套的設(shè)計允許3,8kW的模擬冷卻能力。由于部件溫度較低,，它們可以更高效地工作,，從而使整個汽車的行駛范圍更長，加速性能也更高,。

取得的成績

基于出色的零部件和整體性能工程設(shè)計以及整個E-stall團隊的奉獻精神,，他們在捷克和阿爾卑斯阿德里亞的工程設(shè)計競賽中獲得了第四名。動力傳動與車輛動力學項目經(jīng)理Felix Wenzelburger介紹說，“這門學科是檢驗團隊設(shè)計賽車能力和評估團隊知識儲備的重要學科之一,�,！�

在克羅地亞，他們完成了耐力項目,，并獲得了效率類別的第一名。成功完成一場耐力賽是一項至高無上的榮譽,，每個大學生方程式賽車團隊均以此為目標,。耐力賽是一項高強度、高壓力,、持久性賽車運動項目,，最大極限的測試并驗證了賽車整車及零部件性能，成功挑戰(zhàn)對賽車團隊具有里程碑意義,。耐力賽驗證了通過金屬增材制造工藝生產(chǎn)的熱交換器的高度可靠性和穩(wěn)定性,。E-stall團隊表示，他們未來會繼續(xù)與易加三維保持深入合作,，加大增材制造技術(shù)在輕量級零部件及關(guān)鍵性能零部件的應用拓展,。

△EP-M260 金屬3D打印機

EP-M260 采用MPBF金屬粉末床熔化技術(shù)，成型室尺寸可達266*266*390mm3,，以微米級金屬粉末為成型材料,，有單激光和雙激光兩種配置可選，可打印鈦合金,、鋁合 金,、鎳基高溫合金、模具鋼,、不銹鋼,、鈷鉻鉬等材料，適于航空航天,、軍工,、模具等領(lǐng)域高精度、高性能零部件的直接制造,。