Компания MAHLE начала производить высокопроизводительные алюминиевые поршни впервые с помощью технологии 3D-печати

В рамках сотрудничества с производителем спортивных автомобилей Porsche и машиностроительной фирмой Trumpf компания MAHLE впервые произвела высокопроизводительные алюминиевые поршни с помощью 3D-печати. Поршни были успешно протестированы на стенде для испытаний двигателя спортивного автомобиля Porsche 911 GT2 RS. Когда стандартные кованые поршни достигают предела своих эксплуатационных возможностей, вполне возможно, что мощность двигателя Porsche 700 л.с. может быть увеличена на 30 л.с. при соответствующем увеличении КПД. Компания MAHLE целенаправленно развивает свой опыт в области 3D-печати, чтобы в будущем оказывать поддержку своим клиентам в сфере альтернативных приводов, в том числе электрических, путем поставки подходящих компонентов для приводов, систем терморегулирования и мехатроники в кратчайшие сроки.

img

Командная работа: Шесть поршней бионической конструкции, изготовленных компанией MAHLE с использованием 3D-печати, работают под капотом Porsche 911 GT2 RS

Download [JPG; 3228 KB]
img

Многослойный подход: Лазер расплавляет около 1200 слоев порошкового сплава для поршня MAHLE, формируя заготовки.

Download [JPG; 2852 KB]
img

Опыт: Финишная обработка напечатанной заготовки требует больших усилий: результат должен соответствовать строгим стандартам MAHLE.

Download [JPG; 1270 KB]
img

Точность: Юбка и стенка юбки напечатанного поршня проходят испытания - 100-летний опыт изготовления поршней гарантирует безупречный результат.

Download [JPG; 1053 KB]
img

Мощность: Поршни MAHLE, изготовленные на 3D-принтере, повышают производительность двигателя Porsche 911 GT2 RS, одновременно делая его более экономичным

Download [JPG; 9 MB]
img

В этом видео мы предлагаем заглянуть за кулисы производства изготовленных с помощью 3D-печати поршней с бионическим дизайном.

 

  • Аддитивное производство: совместный проект с компаниями Porsche и Trumpf позволил получить первый в мире поршень с помощью 3D-печати
  • Успешное тестирование на Porsche 911 GT2 RS: 200-часовые испытания на прочность на испытательном стенде в самых тяжелых условиях
  • Напечатанный на 3D-принтере поршень увеличивает производительность и эффективность привода мощностью 700 л.с.
  • Кроме того, компания MAHLE целенаправленно развивает свой опыт в 3D-печати для использования этой технологии в области альтернативных приводов

"Результаты проекта подтверждают большой потенциал технологии 3D-печати и доказывают особую компетентность MAHLE в области производства мелких и ограниченных серий высокопроизводительных компонентов, а также в области прототипирования и послепродажного обслуживания", - говорит доктор Мартин Бергер, руководитель отдела корпоративных исследований и передового инжиниринга в компании MAHLE

Франк Иккингер, руководитель проекта от компании Porsche, комментирует: "Благодаря тесному сотрудничеству всех участников мы смогли продемонстрировать потенциал аддитивного производства на примере нашего мощного спорткара Porsche 911 GT2 RS, открыв тем самым дорогу для использования этой технологии в приводах будущего". С технологической точки зрения для нас это начало новой главы, открывающей совершенно новые возможности в проектировании и производстве". Штеффен Рюблинг, руководитель проекта в компании Trumpf, также видит большие возможности для 3D-печати в будущих производственных процессах. "Проект показывает, как 3D-печать может быть использована для дальнейшего улучшения компонентов, потенциал производительности которых уже исчерпан десятилетиями разработок. Это будет выгодно и для многих других отраслей, таких как авиакосмическая промышленность и энергетика".

Бионическая конструкция снижает вес поршня и увеличивает максимальную частоту вращения двигателя

Новый процесс представляет собой вариант реализации так называемого бионического дизайна. При таком подходе, который имитирует естественные структуры, такие как человеческий скелет, материал добавляется только в нагруженные участки, при этом структура поршня адаптируется к нагрузке. Это экономит материал и позволяет сделать напечатанный на 3D-принтере поршень на 20% легче по сравнению с обычным аналогом, при этом повышая его жесткость.

Кроме того, разработчики MAHLE представили оптимально расположенный охлаждающий туннель специальной формы рядом с поршневыми кольцами. Эта концепция основывается на глубоких знаниях MAHLE в области термических процессов в поршне и ее реализация возможна только при использовании 3D-печати. Охлаждающий туннель снижает температурную нагрузку на так называемую верхнюю часть поршня, находящуюся под особенно сильным давлением, оптимизируя таким образом процесс сгорания и создавая тем самым условия для достижения более высоких максимальных оборотов двигателя.

Новый производственный процесс основывается на использовании специального алюминиевого сплава, разработанного компанией MAHLE и имеющего длительную историю успешного применения в литых поршнях. Сплав распыляется в мелкодисперсный порошок, а затем печатается в рамках процесса, известного как лазерный синтез металлов (ЛСМ). Лазерный луч расплавляет порошок до желаемой толщины слоя, после чего сверху наносится новый слой, в результате чего поршень наращивается по одному слою за раз. Используя этот метод, специалист по 3D-печати, компания Trumpf изготавливает заготовки поршней, состоящие примерно из 1200 слоев, приблизительно за 12 часов.

"Этот проект был сопряжен с многочисленными трудностями. Начиная с проектирования поршня и заканчивая спецификацией материала и установкой соответствующих параметров печати. Нам пришлось выполнить множество тонких регулировок для достижения оптимального результата", - объясняет Фолькер Шалль, начальник отдела передового инжиниринга в MAHLE. "Теперь мы не только освоили техническую сторону вопроса, но и можем определить, как встроить этот метод в существующие производственные процессы".

Высокое качество, подтвержденное строгими испытаниями

Затем заготовка поршня проходит финишную обработку, измеряется и тестируется в компании MAHLE. Заготовка должна соответствовать тем же строгим стандартам, что и обычная деталь, изготавливаемая на заводе. Особое внимание уделяется центральной части поршня, известной как юбка, и точке, в которой он соединяется с штоком - отверстием в штифте. Эти области подвергаются испытаниям на пульсацию и отрыв юбки; таким образом, инженеры MAHLE могут имитировать нагрузки, которые будут возникать при дальнейшей эксплуатации

Помимо резки открытых поршней для анализа, партнер по проекту Zeiss провел многочисленные неразрушающие испытания с использованием таких процедур, как КТ-сканирование, 3D-сканирование и микроскопия. Результаты показали, что напечатанный на 3D-принтере поршень соответствует тем же высоким стандартам качества, что и стандартный поршень. Когда дело дошло до практических испытаний, шесть поршней были установлены в двигатель Porsche 911 GT2 RS, а приводной блок успешно прошел 200 часов испытаний на прочность в самых тяжелых условиях на испытательном стенде. Это составило около 6000 км при средней скорости 250 км/ч, включая остановки для дозаправки, и около 135 часов работы при полной загрузке. Испытательный пробег также включал в себя 25 часов нагрузки на прокрутку двигателя, т.е. моделирование режима обгона транспортного средства.

Дополнительный охладитель воздуха наддува для еще большей эффективности

Еще одним подтверждением преимуществ 3D-печати является дополнительный охладитель воздуха наддува, разработанный в рамках совместного проекта с компаниями Porsche и Trumpf. Спрятанный в воздушной трубе между турбонаддувом и оригинальным охладителем наддувочного воздуха, этот дополнительный компонент имеет значительно большую поверхность теплообмена благодаря возможностям, открываемым 3D-печатью. Это позволяет оптимизировать управление потоком и охлаждение, что приводит к снижению температуры всасываемого воздуха, увеличению мощности двигателя и снижению расхода топлива

Компания MAHLE углубляет свой опыт в области 3D-печати

Компания MAHLE намерена использовать потенциал новых процессов производства, таких как 3D-печать, для реализации своих дальнейших проектов и целенаправленно расширяет свою компетентность в этой области. Сокращение сроков разработки и производства является большим преимуществом. Это особенно актуально, когда речь идет о новых технологиях, например, в области электромобилей, где требуются компоненты теплового управления со сложной структурой для обеспечения охлаждения и кондиционирования воздуха в машинах, корпусах двигателей или трансмиссий, а также в аккумуляторных установках. Среди других примеров - оптимизированные компоненты на периферии двигателя, такие как воздушные пути, корпуса фильтров и компоненты управления подачей масла

Были также определены области потребностей в отношении разработки небольших партий и выпуска снятых с производства компонентов для снабжения рынка запчастей для старых автомобилей. Другими перспективными областями применения являются быстрое создание прототипов, т.е. быстрое изготовление деталей для испытаний, а также обратный инжиниринг - воспроизведение компонентов с помощью 3D-сканирования.

О компании MAHLE

MAHLE является ведущим международным партнером по разработке и поставщиком в сфере автомобильной промышленности, а также выступает пионером во многих областях. Ассортимент продукции компании охватывает все важнейшие направления в автомобилестроении — как для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, так и для электромобилей. В 2019 году объем продаж группы составил около 12,0 млрд евро.

О компании MAHLE Aftermarket

MAHLE Aftermarket, подразделение, специализирующееся на запасных частях, использует опыт серийного производства оригинального оборудования в своем ассортименте автомобильных запчастей и снабжении ими торговых партнеров. В ассортимент подразделения также входят продукция, разработанная компанией MAHLE Service Solutions для оборудования СТО, а также комплексные услуги и индивидуальные программы обучения. MAHLE Aftermarket представлена в 25 представительствах и офисах продаж по всему миру, в которых работает около 1 700 сотрудников. В 2019 году объем продаж этой структурной единицы превысил 950 миллионов евро.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации:

Ruben Danisch
Head of Corporate and Product Communications
Phone: +49 711 501-12199
E-mail: ruben.danisch@mahle.com

Christopher Rimmele
Product, Technology, and Aftermarket Communications Spokesman
Phone: +49 711 501-12374
E-mail: christopher.rimmele@mahle.com