Stratasys、Champion Motorsport 联手测试 3D 打印核心技术

6 月 27 日，来自 Champion Motorsport（美国佛罗里达州庞帕诺比奇）的改装 911 Porsche GT2 RS Clubsport 赛车在 99 ^th 的 Time Attack 1 Division 中获得第一名 美国科罗拉多州科罗拉多斯普林斯派克峰国际爬山活动

该团队成功的秘诀之一是汽车的空气动力学结构——机翼、车身底板、扩散器和车辆上的其他部件，这些部件在车辆行驶时更有效地在车辆周围移动空气。其中许多组件是由合作伙伴 Stratasys（以色列雷霍维特和美国明尼苏达州伊甸草原）3D 打印的，包括首次成功应用新型免工具碳纤维包裹夹芯技术。

验证 3D 打印工具和核心技术

多年来，Champion Motorsport 一直是 Stratasys 的客户，“但这种伙伴关系已经不仅仅是典型的供应商/客户关系，”Stratasys 的高级战略应用工程师 Allen Kreemer 说。例如，Stratasys 和 Champion 之前曾合作测试 Stratasys 为 3D 打印可溶性工具开发的新技术。借助这项技术，可打印出用于管道或其他管状部件的可溶性塑料芯，然后用碳纤维预浸料包裹。使用可溶性支撑去除罐，印刷工具溶解，留下无缝、成品、空心复合管道。

“那真的是我们与 Champion Motorsport 合作的开始，我们共同合作以非传统的方式创造了这种非常复杂的无缝碳纤维风管，没有像 CNC 加工或成型那样的界限，”高级副总裁帕特里克凯里说– Stratasys 的美洲、产品和解决方案。

2019 年，两家公司决定合作开展一个项目，以测试相同技术的新迭代：3D 打印、碳纤维包裹的核心，没有 溶于水，作为成品或原型的结构核心。

Kreemer 解释说，对于夹层组件，使用和成型核心材料——无论是柔性铝蜂窝、刚性结构泡沫还是其他东西——可能既困难又昂贵，需要成型或机械加工，然后在专用模具中用碳纤维复合材料表皮成型。 Stratasys 使用 SABIC（沙特阿拉伯利雅得）Ultem 1010 高温塑料打印刚性蜂窝芯。 “我们打印出适合汽车的确切形状，然后简单地用碳纤维包裹、袋子和固化，无需使用模具，”克雷默说。 “我们从客户仍在使用的可溶性芯开始，现在我们已经转向这些夹心芯，它们将在航空航天和汽车领域具有广泛的应用。”

“我们称之为‘免工具’，这才是真正的关键，”凯里补充道。 “我们创建了这个应用程序来跳过构建模具然后在模具中铺设的整个过程。”他指出，消除工具还可以根据需要轻松更改形状。

屡获殊荣的 3D 打印空气动力学

Carey 解释说，对于 Champion Motorsport 项目，Stratasys 为原型设计或最终安装在赛车上而制造的 16 个空气动力学部件中采用了三种不同的技术。 “我们打印了 Ultem 1010 [碳纤维包裹] 芯材，我们使用碳纤维填充尼龙 12 3D 打印了一些部件，并且在需要柔韧性和冲击强度时使用尼龙 6 打印部件。”

最大的部件是一个 7 英尺长、5 英尺宽的后扩散器原型部件，用于测试最终部件设计。它使用 Ultem 1010 聚醚酰亚胺 (PEI) 聚合物在 F900 熔融沉积建模 (FDM) Stratasys 打印机上打印成七件，粘合在一起，包裹在碳纤维预浸料中，装袋并烘箱固化。 Champion Motorsport 的机械工程师 Chris Lyew 指出，该部件的打印周转时间约为 5 天，叠层和固化仅需要 24 多小时：“它非常快，也是我们当时所需要的。”

Lyew 解释说，由于 COVID-19 导致今年夏天是否可以举办面对面活动的不确定性，“该项目在最后一刻上线，需要同时解决许多系统问题。” “空气动力学就是其中之一，它通常是一个非常耗时的过程”，包括设计、测试和迭代组件，他说。传统方法需要创建工具、在模具上手工铺设以及切割和安装型芯。 “如果没有这个过程，我们就无法达到在赛道上测试赛车的目标日期，”Lyew 说。

汽车的前分离器也以类似的方式进行了原型设计和测试。对于原型零件，最终的生产零件是用传统工具制造的，但原型零件被用作测试不同迭代的模式。 Carey 指出，“通过无工具流程，我们可以更快地迭代、测试，然后更快地迭代、测试。使用传统工具，您将永远无法迭代，您只需要制作一个，然后就被它卡住了。在这里，我们能够制作一个真实的零件，对其进行测试并从中学习。”

Stratasys 还生产了许多较小的生产部件。例如，汽车前保险杠两侧的小翼由 35% 碳纤维填充尼龙 12 打印，车辆侧裙也使用 Ultem 1010 打印，内部填充蜂窝状，然后用碳纤维包裹。

汽车的许多空气动力学“板条”——在关键点用螺栓固定在车辆外部以帮助控制车辆周围气流的小鳍状部件——也由碳纤维填充尼龙 12 或未增强尼龙 6 打印而成。这些零件的设计易于重新设计，或因损坏或磨损而需要更换。 “在派克峰，有相当多的崎岖地形可能会造成损坏，因此能够轻松更换 [板条] 对我们来说至关重要，”Lyew 补充道。还打印并交付了几套备用套件，以便在比赛期间根据需要轻松更换。

超越派克峰

派克峰最终成为测试这项技术的理想比赛，Kreemer 说，因为这项赛事特有的独特环境，在最高点 14,000 英尺的高度举行。 “所有赛车都使用下压力将赛车推到赛道上以获得牵引力，但派克峰上的这些特殊赛车与世界上任何其他形式的赛车运动不同，因为它们需要非常夸张的空气动力学效果才能将赛车保持在赛道上 [在那个高度]。”结果是比任何其他类型的赛车都使用更大的机翼和其他空气动力学部件。

展望未来，Stratasys 计划将其免工具打印核心技术引入其他赛车公司，用于类似的空气动力学部件。凯里说，未来在小批量汽车、休闲船舶甚至内部航空航天部件中还有许多其他潜在应用。 “任何需要迭代或定制设计的应用程序，我们相信我们可以在那里增加价值，”他说。