- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Компании EDAG, Voestalpine и Simufact разработали петлю капота двигателя LightHinge+, используя потенциал аддитивного производства [1]. Компоненты были изготовлены в Центре аддитивного производства Voestalpine на металлическом 3D-принтере SLM 280 [2] с двумя лазерами (технология селективного лазерного плавления). Результат: снижение веса, экономия материала и функциональная интеграция.
Активные петлевые системы для капотов двигателя являются очень сложными в силу предъявляемых к ним строгих требований безопасности и функциональности. При дорожно-транспортном происшествии с участием пешехода они увеличивают расстояние между объектом, с которым происходит столкновение, и жесткими компонентами двигателя за счет поднятия капота двигателя. Пиротехнический исполнительный механизм срабатывает за доли секунды и поднимает капот.
При серийном производстве объемом свыше 30 тысяч единиц в год такие петлевые системы можно изготавливать путем штамповки, литья [3] или прессования. Из-за сложной кинематики требуется большое количество отдельных деталей (около 40 компонентов на каждый автомобиль) и высокие затраты на сборку и производство оснастки. При изготовлении активных петель из листового металла каждая петля весит около 1500 г, что ведет к значительному утяжелению автомобиля [4].
SLM-технология позволила снизить массу изделия на 52% и сократить количество компонентов на 68% по сравнению с исходной конструкцией из листового металла
В то же время, имеющиеся экономические ограничения не позволяют покрывать расходы на мелкосерийное производство объемом от 80 до 30 тысяч единиц в год, используя технологии массового производства. Более того, в случае спорткаров [5] конструкция автомобиля и недостаток места для сборки в его передней части, как правило, исключают возможность изготовления активных петель капота двигателя из листового металла.
Обходные стратегии, призванные свести к минимуму инвестиции в мелкосерийное производство, обычно влекут за собой проблемы с упаковкой и проектированием, сопряженные с адаптацией процессов массового производства активных петель. Таким образом, совместный проект EDAG, Центра аддитивного производства Voestalpine и Simufact был призван использовать потенциал аддитивного производства для решения этих проблем.
Проектирование
К петле капота с самого начала предъявлялись высокие требования: нужно было выполнить требования к прочности и жесткости при максимально возможном сокращении массы [6]. Также важно было произвести функциональную интеграцию с соответствующим сокращением количества компонентов.
Сначала была выполнена топологическая оптимизация, включающая в себя расчет минимальных требований к материалу на основе фактических нагрузок. Полученные в результате этого процесса сложные геометрические формы обычно можно реализовать только с помощью технологии лазерного плавления [7] с использованием множества поддержек. В проекте LightHinge+ доля удаляемых впоследствии поддержек должна была составить около 50% от общего объема расплавляемого материала. В ходе совместной работы эту цифру удалось последовательно сократить, сначала до 30%, а затем до 18%. Тем самым была устранена значительная часть операций обработки и обеспечена высокая эффективность использования материалов.
Хотя топологическая оптимизация [8] потребовала значительных конструктивных изменений для сокращения постобработки, конечный результат обеспечил снижение массы на 52% по сравнению с исходной конструкцией из листового металла благодаря применению бионических принципов [9].
Петля капота двигателя, созданная аддитивным способом (слева) и изготовленная из листового металла (справа) / Фото EDAG
Минимизация числа поддержек со снижением их доли в объеме материала с более чем 50% (слева) до менее чем 30% / Фото EDAG
Функциональная интеграция
Данную петлю также требовалось снабдить автоматической функцией открытия капота. Свобода проектирования, которую дает аддитивное производство, позволила инженерам компании EDAG разработать сложные конструкции с заранее определенными точками излома. Кроме того, в петлю удалось интегрировать точку подсоединения газовой пружины, крепления для трубки стеклоочистителя и винт с буртиком. Эта функциональная интеграция обеспечила сокращение количества компонентов на 68% по сравнению с исходной деталью из листового металла, в значительной мере снизив исходную массу конструкции. В таком интегрированном исполнении эта петля может быть установлена в ограниченном пространстве спортивных и других автомобилей с высокими эксплуатационными требованиями.
Программное обеспечение Simufact Additive
Сравнение состояния до и после компенсации деформации в нижней части: деформация относительно CAD-модели (слева); деформация скомпенсированного компонента по результатам моделирования (справа) / Фото Simufact
Концентрированный подвод тепла в ходе процесса аддитивного производства ведет к деформации и появлению внутренних напряжений из-за быстрого нагревания и охлаждения. Как показали измерения, без компенсации деформации это может привести к отклонению размера петли от CAD-модели на 1-2 мм. В силу этого важным промежуточным шагом при разработке и производстве компонентов аддитивным способом является моделирование реального процесса лазерного плавления [10]. Для этой цели было использовано программное обеспечение Simufact Additive, разработанное специально для аддитивного производства. Это ПО позволяет моделировать процесс 3D-печати и последующие этапы обработки, прогнозируя появление деформаций и внутренних напряжений.
Моделирование процесса построения сыграло критически важную роль в улучшении конструкции, повышении безопасности и оптимизации деформации аддитивно производимой петли. Использование программного обеспечения Simufact Additive позволило снизить величину деформации петли капота в целом примерно на 80%. Это также дало возможность обойтись без проведения дорогостоящих и трудоемких производственных испытаний, поскольку производимые компоненты находились в пределах требуемого допуска уже с самой первой серийной партии.
Проект LightHinge+ удостоен золотой награды German Innovation Award 2018 в категории «Достижения в сфере B2B — технологии автомобилестроения»
LightHinge+ — совместный проект трех компаний.
Материал предоставлен компанией SLM Solutions
Автор: iQBTechnologies
Источник [16]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/budushhee-zdes/316848
Ссылки в тексте:
[1] аддитивного производства: http://blog.iqb-tech.ru/additive-manufacturing-basics
[2] металлическом 3D-принтере SLM 280: http://blog.iqb-tech.ru/slm-solutions-interview
[3] литья: http://blog.iqb-tech.ru/additive-technologies-foundry
[4] автомобиля: http://blog.iqb-tech.ru/faq-automotive-industry
[5] спорткаров: http://blog.iqb-tech.ru/bugatti-3d-brake-caliper
[6] сокращении массы: http://blog.iqb-tech.ru/bmw-additive-production
[7] лазерного плавления: http://blog.iqb-tech.ru/slm-technology
[8] топологическая оптимизация: http://blog.iqb-tech.ru/geometry-topology-optimization
[9] бионических принципов: http://blog.iqb-tech.ru/materialise-airbus-case
[10] процесса лазерного плавления: http://blog.iqb-tech.ru/slm-technology-video1
[11] инновационные технологии для автомобильной промышленности: http://blog.iqb-tech.ru/3d-scanning-automotive-industry
[12] авиакосмической: http://blog.iqb-tech.ru/3d-printers-efficiency-in-aerospace
[13] программного обеспечения: http://blog.iqb-tech.ru/3d-software
[14] снижение массы: http://blog.iqb-tech.ru/slm-asco-case
[15] поддержек: http://blog.iqb-tech.ru/materialise-best-part-orientation
[16] Источник: https://habr.com/ru/post/450804/?utm_campaign=450804
Нажмите здесь для печати.