ПРЕИМУЩЕСТВА 3D-ПЕЧАТИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ В АВТОСПОРТЕ
Автогонки, которые, больше всего ассоциируются с Формулой-1, являются самым быстрым и одним из самых технологически развитых видов спорта в мире. Технология производства для автоспорта, находится на переднем крае инноваций в области производственных технологий. В ходе совместных разработок с производителями автогонок производитель промышленных 3D-принтеров INTAMSYS также вовлечен в передовые производственные процессы для улучшения качества и характеристик компонентов гоночных автомобилей.
Компания “Hartley Engines and Motorsport” из Новой Зеландии - ведущая компания, проектирующая, разрабатывающая и производящая высококлассные двигатели и компоненты для автоспорта. Среди их достижений - многочисленные победы в чемпионатах среди клиентов компании по автоспорту в Новой Зеландии и Австралии, многочисленные рекорды скорости в Бонневиле (на 1000-кубовом Mini), а также множество наград за инновации в мотоспорте. Их флагманские двигатели включают 10 000 об/мин, 1 000+ л.с. V12 и четырехкамерный V8 с высоким числом оборотов, вдохновленный Формулой 1.
В прошлом их основным бизнесом всегда было производство двигателей для ведущих команд, участвующих в мировых автогонках, при этом большинство их разработок было невероятно секретным и предназначалось только для избранных клиентов. Однако недавно они начали поставлять комплекты двигателей и разработки другим разработчикам двигателей и, кроме этого, недавно начали розничную продажу большего количества своих компонентов обычным потребителям по всему миру.
"Мы поняли, что просто не можем - или не хотим - создавать двигатели для каждого конкурента. Просто не хватает часов в сутках. Но мы поняли, что можем предоставлять более качественные услуги всем, сделав наш ассортимент компонентов и разработок доступным для всех", - говорит г-н Нельсон Хартли, владелец «Hartley Engines».
Одной из сильных сторон компании «Hartley Engines» является ее способность очень быстро проектировать и разрабатывать продукцию для ее производства. Их завод состоит из 5-осевых фрезерных станков с ЧПУ, токарных станков с ЧПУ, диноскопов для двигателей и оборудования для тестирования воздушного потока, и это только несколько единиц оборудования. Недавно они перешли на новый уровень, начав аддитивное производство деталей.
Г-н Нельсон Хартли (справа) обсуждает идеи дизайна в своей мастерской – фото INTAMSYS TECHNOLOGIES
Нельсон и его команда уже несколько лет используют 3D-печать для производства компонентов авто двигателей, и, несмотря на успешные испытания, они испытывали большие трудности с доведением их до состояния "готовности к производству".
"Очень рано я выявил ряд серьезных преимуществ использования 3D-печати. Свойства материалов из некоторых высококлассных полимеров серьезно впечатляют и идеально подходят для таких вещей, как впускные коллекторы и другие компоненты автомобилей".
Будучи дизайнерами и инженерами, они нашли новые способы использования печатных деталей наряду с заготовками и деталями из углеродных композитов в том, что Нельсон называет "гибридным методом производства".
Хотя пандемия COVID оказала негативное влияние на их собственное производство, в списке работ «Hartley Engines and Motorsport» была одна - перепроектирование корпусов дроссельных заслонок, которые используются на впускных коллекторах. Обычно корпуса дроссельных заслонок представляют собой алюминиевые заготовки, обработанные на собственном производстве, но секрет их впускных систем заключается в 3D-печатных впускных каналах и трубах.
"Материал, который мы используем для наших впускных каналов - это высокотемпературный нейлон (PA) с 25% углеродного волокна... высокотемпературный пластик PA-CF лучше справляется с температурой, чем алюминий, он передает тепло очень медленно, сохраняя наш впускной канал очень холодным, способствуя сгоранию, когда холодный воздух попадает в двигатель".
"Дополнительный бонус 3D-печати наших бегунков и труб - гибкость конструкции. Мы очень серьезно относимся к форме впускного тракта. Это не просто круглое отверстие, обработанное в куске пластины, с помощью 3D-печати мы имеем возможность изготовить сложные изгибы и формы, которые соответствуют CAD-моделям наших головок цилиндров".
До получения первого 3D-принтера INTAMSYS FUNMAT HT брак 3D-печати высокотемпературными полимерами в компании «Hartley Engines» составляла до 80%. "Очень много материалов уходила в брак и когда стоимость некоторых пластмасс достигла 500 долларов за килограмм (плюс доставка в Новую Зеландию), печатать деталей стало невыгодной".
"С тех пор как мы получили наш первый INTAMSYS FUNMAT HT, брак сократился до 5%! Многие люди в отрасли говорили мне, что мы никак не сможем делать серийные детали на 3D-принтере, но INTAMSYS доказал, что это не так!".
Гоночный двигатель с использованием гибрида 3D-печатных деталей из углеродного волокна - фото: INTAMSYS TECHNOLOGIES
После приобретения первого 3D-принтера INTAMSYS FUNMAT HT, компания «Hartley Engines» решила купить и второй, и теперь создает в своем производственном модуле отдел аддитивного производства и планирует установить в ближайшее время четыре принтера INTAMSYS FUNMAT HT.
По мере роста бизнеса компания «Hartley Engines and Motorsport» постоянно сталкивается с проблемой ускорения поставки компонентов клиентам. Все, что они производят, уникально и требует новых подходов к производству.
"Любой, кто говорит, что 3D-принтеры заменят все станки с ЧПУ, лжет, но точно так же недальновиден тот, кто говорит, что нельзя выполнять производственные работы на экономичном 3D-принтере, таком как наш INTAMSYS FUNMAT HT".
"Наш INTAMSYS FUNMAT HT стоил всего несколько % от стоимости нашего 5-осевого обрабатывающего центра, но детали, которые мы на нем печатаем, имеют такую же ценность для клиента... Поэтому, даже если время изготовления каждой детали на принтере намного медленнее, я могу позволить себе, при серийной работе, печатать детали на нескольких 3D-принтерах одновременно. И в некоторых случаях это оказывается более эффективным, чем установка дополнительных станков с ЧПУ. Наша окупаемость инвестиций в аддитивные технологии оказалась чрезвычайно высокой!"
Как известно любому, кто работал в традиционном производстве, наладка и оснастка - это дорого и долго.
"Раньше мы тратили часы на настройку станков и изготовление оснастки только для того, чтобы обработать или изготовить одну деталь. Теперь все, что мне нужно сделать, это нагреть INTAMSYS FUNMAT HT и нажать кнопку "Пуск". Никакой оснастки или настройки не требуется".
Фото: Intamsys
3D-печать также используется для изготовления впускного коллектора для турбодвигателя. На фото ниже показана композитная оснастка для детали, сначала напечатанная в виде нескольких сегментов (слева), а затем
соединенная вместе с тщательно отполированной поверхностью. Справа - конечный высокопроизводительный продукт, изготовленный из композитной оснастки после того, как она прошла весь процесс укладки и отверждения углеродного волокна.
Впуск (пленум) для турбированного двигателя
Фото: Intamsys
При использовании принтера INTAMSYS FUNMAT HT компания “Hartley Engines and Motorsport” заявила, что они уже были уверены в том, что напечатанная деталь будет очень хорошей, но были поражены ее эксплуатационными
характеристиками. Нельсон сказал: "Качество наших высокотемпературных деталей просто потрясающее, и мы только начинаем выходить на производство деталей, которые мы продаем... Мы разрабатывали это около 3-4 лет, однако с тех
пор, как мы начали использовать INTAMSYS FUNMAT HT, мы смогли решить 99% проблем, которые стояли перед нами ранее".
Теперь, когда компания имеет возможность оперативно изготавливать изделия разных размеров с помощью аддитивного производства, следующим шагом будет тестирование и опытное производство широкого спектра впускных коллекторов и прокладок двигателей, которые «Hartley Engines and Motorsport» проектирует и изготавливает своим клиентам.