從最大的技術(shù)加速器賽車制造看3D打印發(fā)展前途
賽車又稱一級方程式賽車，是世界上速度最快、科技含量最高的運動，一級方程式賽車的制造技術(shù)尤其處于開發(fā)制造技術(shù)的最前沿，這些技術(shù)有朝一日將成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在與賽車制造商共同開發(fā)的過程中，機床和增材制造設(shè)備廠商也提煉出先進的制造工藝，從而進一步確認(rèn)市場競爭地位。毋庸置疑，賽車運動仍然是最大的技術(shù)加速器之一。
技術(shù)加速器自上而下的作用
F1賽車運用的是最先進的加工技術(shù)，很多新的汽車技術(shù)都是在F1上進行最初的實踐。F1比賽對車的性能和生產(chǎn)工藝流程等都有著極為嚴(yán)格的要求，需要在材料的“輕量化”和“高強度”之間追求臻于極致的平衡，在追求極致的工業(yè)造型設(shè)計時還要經(jīng)過大量的強度檢測及空氣力學(xué)試驗后才能為F1賽車使用。可以說這樣一個由數(shù)千個零部件組成的精密機械，其設(shè)計和制造不容絲毫疏忽。
賽車零件的設(shè)計考慮了可靠性因素，開發(fā)旨在減少這些零件不一致性的制造技術(shù)可降低比賽中失敗的風(fēng)險。即使在微觀層面上，最微小的雜質(zhì)或裂縫也會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，特別在經(jīng)歷極端的負(fù)荷情況后。在過去十年中，增材制造 – 也稱為3D打印 – 已成為賽車現(xiàn)代設(shè)計和原型制作過程的重要部分。
這其中，德馬吉森精機作為保時捷賽車的技術(shù)開發(fā)合作伙伴，不僅通過數(shù)控機床為保時捷開發(fā)關(guān)鍵零部件，幾年前就已經(jīng)開始使用其LASERTEC混合增材制造設(shè)備為保時捷賽車生產(chǎn)零部件。金屬3D打印技術(shù)已經(jīng)迅速成為德馬吉森精機企業(yè)的一個核心部分。而且通過Sauer工廠，德馬吉還在開發(fā)鋁合金的金屬3D打印工藝。
圖片：德馬吉森精機為保時捷開發(fā)的零件（數(shù)控加工）
不僅僅是保時捷賽車，更多的賽車品牌正在積極的引入3D打印技術(shù)以加快賽車研發(fā)速度，提升賽車性能。
比較經(jīng)典的一個案例是法拉利賽車帶點陣結(jié)構(gòu)的活塞頭。法拉利賽車發(fā)動機由意大利馬瑞利（Magneti Marelli）汽車零部件公司承擔(dān)，發(fā)動機輕量化和保持高強度水平是馬瑞利公司在進行發(fā)動機活塞頭設(shè)計時所主要考慮的兩個因素。2017年，設(shè)計師為零件添加了復(fù)雜的內(nèi)部點陣結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠減少材料的使用，降低零件重量，又可以保證高沖擊區(qū)域的強度。3D打印的鋼合金活塞頭使法拉利668賽車的發(fā)動機點火室設(shè)計得到重塑,該零件能夠承受400bar的壓力，它使發(fā)得燃油實現(xiàn)充分燃燒。
另外一家，德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)與德國Fraunhofer增材制造技術(shù)和先進材料研究所（IFAM）合作，通過Altair solidThinking Inspire基于增材制造方式重新設(shè)計了方程式賽車的轉(zhuǎn)向柱底座,將必要部件數(shù)量從四個減少為一個,節(jié)省了35%的重量（從500g減少至330g）,新部件提升了5倍剛度,減少了50%的設(shè)計時間,使用新的制造流程，節(jié)省了90%的材料浪費。
在國內(nèi)，通過鉑力特（BLT）在輕量化設(shè)計方面的經(jīng)驗和金屬3D打印技術(shù)的支持，北理工方程式賽車隊將賽車立柱的創(chuàng)新設(shè)計變成現(xiàn)實，不僅保證了極高的制造精度，并在輕量化上表現(xiàn)出色，立柱零件實物減重20%，強度提高140%。
雖然數(shù)字化和自動化的過程在中小企業(yè)中變得越來越根深蒂固，而增材制造仍在不斷健全生態(tài)圈追隨其發(fā)展。這些制造技術(shù)在賽車運動中獲得不斷的完善，最終自上而下的延伸到更廣泛的商業(yè)環(huán)境中。在過去的十多年中，在3D打印技術(shù)的影響下，零部件的設(shè)計發(fā)生了很大的變化。這些巧妙設(shè)計的產(chǎn)品將提升制造業(yè)的附加值，3D打印-增材制造技術(shù)將與機加工車間的其他制造技術(shù)有機的融合在一起，造就精確、強大的零件生產(chǎn)。
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