Stratasys携手Champion Motorsport验证3D打印芯材技术 征服派克峰

6月27日，Champion Motorsport（美国佛罗里达州庞帕诺海滩）改装的911保时捷GT2 RS Clubsport赛车在科罗拉多斯普林斯举行的第99届派克峰国际爬山赛计时挑战赛1组中夺冠。

团队成功秘诀之一是赛车气动结构——机翼、底板扰流板、扩散器等更高效引导气流绕车行驶的部件。其中许多由合作伙伴Stratasys（以色列雷霍沃特和美国明尼苏达州伊登普雷里）3D打印，含新无模具碳纤维包裹三明治芯材技术的首次成功应用。

验证3D打印工装与芯材技术

Champion Motorsport多年是Stratasys客户，“但合作伙伴关系已超越典型供应商/客户关系，”Stratasys高级战略应用工程师Allen Kreemer说。例如，Stratasys与Champion曾合作测试Stratasys开发的3D打印水溶性工装新技术。该技术打印成型管道或其他管状零件形状的水溶性塑料芯，再包裹碳纤维预浸料。用水溶性支撑去除罐溶解打印工装，留下无缝成品中空复合管道。

“那真正是我们与Champion Motorsport合作开端，我们共同以非传统方式创造了这个非常复杂、无缝碳纤维管道，没有CNC加工或模塑的边界限制，”Stratasys美洲产品与解决方案高级副总裁Patrick Carey说。

2019年，双方决定合作项目测试同一技术新迭代：3D打印碳纤维包裹芯材不溶于水，而是作为成品零件或原型的结构芯材。

Kreemer解释，三明治组件中，处理成型芯材——无论柔性铝蜂窝、刚性结构泡沫或其他——可能困难昂贵，需成型或加工再在专用模具中与碳纤维复合蒙皮模塑。Stratasys用SABIC（沙特阿拉伯利雅得）Ultem 1010高温塑料打印刚性蜂窝芯。“我们打印贴合赛车的确切形状，然后简单包裹碳纤维、真空袋固化，无需模具，”Kreemer说。“从水溶性芯材起步，客户仍在用，现进入三明治芯材，将在航空航天和汽车有广泛应用。”

“我们称之为‘无模具’，这才是关键，”Carey补充。“我们创造此应用跳过整个造模再模具铺层过程。”他指出无模具也允许按需轻松改变形状。

3D打印获奖气动套件

Champion Motorsport项目中，三种不同技术用于Stratasys为原型或最终安装制造的16个气动零件总数，Carey解释。“我们打印Ultem 1010[碳纤维包裹]芯材，3D打印部分零件用碳纤维填充尼龙12，打印部分用尼龙6当需要柔韧性和冲击强度时。”

最大零件是长7英尺、宽5英尺后扩散器原型件，用于测试最终零件设计。在F900熔丝制造（FDM）Stratasys打印机上用Ultem 1010聚醚酰亚胺（PEI）聚合物分七件打印，粘接组装，包裹碳纤维预浸料、真空袋烘箱固化。周转时间约5天打印、仅24小时余铺层固化：“极快，正是当时所需，”Champion Motorsport机械工程师Chris Lyew说。

因COVID-19不确定夏季能否举办实体赛事，“项目临时启动，许多系统需同时解决，”Lyew解释。“气动是其中之一，正常是极耗时过程”设计、测试和迭代组件。常规方法需造模、模具手工铺层、芯材切割配合。“无此工艺我们无法赶上赛道测试目标日期，”Lyew说。

车前分流器也以类似方式原型测试。原型零件最终生产件用传统工装，但原型件用作测试不同迭代的模板。Carey指出：“无模具工艺能更快迭代、测试、再迭代、再测试。传统工装永远无法迭代，只能做一个卡住。这里我们能做真零件、测试并从中学习。”

Stratasys也生产多个小型生产零件。例如车前保险杠两侧翼片用35%碳纤维填充尼龙12打印，车侧裙用Ultem 1010蜂窝内部填充打印再包裹碳纤维。

许多车气动“扰流板”——螺栓固定在车身战略位置帮助控制车周围气流的小鳍片状件——也用碳纤维填充尼龙12或无增强尼龙6打印。这些零件设计为易重新设计或按需更换（因损坏或磨损）。“派克峰有不少崎岖地形可能致损，易更换[扰流板]对我们关键，”Lyew补充。也打印交付多套备件供比赛中按需轻松更换。

超越派克峰

Kreemer称派克峰是测试此技术理想赛事，因该赛事特有环境——最高点海拔14,000英尺。“所有赛车用下压力压车增强抓地，但派克峰这些特定赛车不同于世界上任何其他赛车形式，因他们在[该海拔]需要真正夸张气动效果压住车。”结果是比其他任何赛车用更大机翼和气动组件。

展望未来，Stratasys计划向其他赛车公司推广无模具打印芯材技术用于类似气动零件。Carey称低批量汽车、休闲船舶甚至未来飞机内饰件等还有许多潜在应用。“任何需迭代或定制设计的应用，我们相信能增值，”他说。