Renishaw3D打印技術(shù)提升了蒙特利爾Formula SAE車隊(duì)的賽車統(tǒng)治力

2024年11月29日，南極熊獲悉，蒙特利爾高等技術(shù)學(xué)院（ETS）的Formula SAE車隊(duì)在賽車運(yùn)動(dòng)中采用金屬增材制造技術(shù)來提高電動(dòng)賽車的性能。在2023賽季，該車隊(duì)推出了名為 MANIC-23的電動(dòng)賽車，它不僅在賽道上展現(xiàn)了驚人的速度，還因一系列輕量級(jí)的3D打印組件而備受矚目。

Formula SAE是一項(xiàng)自1980年起舉辦的大學(xué)級(jí)別比賽，邀請(qǐng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、制造并駕駛小型方程式賽車。目前，全球有超過600支隊(duì)伍參與這項(xiàng)賽事，他們通常會(huì)花費(fèi)一年的時(shí)間來打造自己的賽車。ETS車隊(duì)擁有超過30年的Formula SAE燃燒類別比賽參賽經(jīng)驗(yàn)。然而，在最近幾年，車隊(duì)轉(zhuǎn)向參加電動(dòng)汽車比賽，這要求對(duì)他們的車輛設(shè)計(jì)進(jìn)行根本性的重新構(gòu)思。

在2023賽季開始前，F(xiàn)ormule ETS車隊(duì)決心制造一款具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的電動(dòng)汽車，并尋求金屬增材制造公司Renishaw的幫助，為他們的賽車提供一系列優(yōu)化的關(guān)鍵部件，以增強(qiáng)性能優(yōu)勢(shì)。

△新賽車設(shè)計(jì)有四個(gè)立柱結(jié)構(gòu)，每個(gè)立柱都裝有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)

通過3D打印技術(shù)開發(fā)下一代賽車

車隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)Léa Tonini表示：“Formule ETS在Formula SAE中一直是一個(gè)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。多年來，我們?cè)趦?nèi)燃機(jī)類別中屢次登上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。當(dāng)我們決定轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車時(shí)，我們的目標(biāo)是以一種能夠繼續(xù)推動(dòng)賽車運(yùn)動(dòng)界限，并保持我們領(lǐng)先地位的方式來進(jìn)行�！�

通過與3D打印公司Renishaw合作，該車隊(duì)成功地利用3D打印技術(shù)對(duì)多個(gè)組件進(jìn)行了優(yōu)化，從而升級(jí)了他們的電動(dòng)賽車系列。MANIC-20和MANIC-2022是車隊(duì)過去幾年參賽的車型。機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生兼動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員Tommy Gélinas補(bǔ)充說：“在2022賽季取得成功之后，我們的目標(biāo)是進(jìn)一步提升賽車的性能。我們面臨的最大挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)大幅減重。為了設(shè)計(jì)出僅重400磅的MANIC-23賽車，我們需要開發(fā)更輕量化的組件�！�

團(tuán)隊(duì)的主要目標(biāo)是重新設(shè)計(jì)并3D打印支柱，這些關(guān)鍵部件連接車輛中的子組件，對(duì)于將車輪運(yùn)動(dòng)傳遞到懸架臂和減震器至關(guān)重要。車輛中有四個(gè)支柱，每個(gè)支柱都裝有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。以前，這些部件是通過CNC加工并使用7075-T6鋁合金制造的。然而，隨著金屬增材制造技術(shù)的應(yīng)用，他們重新設(shè)計(jì)了這些部件，使它具有令人印象深刻的有機(jī)結(jié)構(gòu)，從而大大減輕了重量。

Gélinas 補(bǔ)充說：“我們認(rèn)識(shí)到，金屬增材制造技術(shù)將賦予我們?cè)O(shè)計(jì)的自由度，使我們能夠制造出既輕質(zhì)又不影響車輛性能的部件，同時(shí)滿足懸掛團(tuán)隊(duì)設(shè)定的合規(guī)性目標(biāo)。起初，我們發(fā)現(xiàn)沒有合作伙伴能夠使用傳統(tǒng)制造技術(shù)生產(chǎn)出新的支柱�！�

△通過3D技術(shù)重新設(shè)計(jì)這些關(guān)鍵部件

3D打印設(shè)計(jì)新賽車支柱減重30%

Renishaw擁有豐富的賽車經(jīng)驗(yàn)，在此次項(xiàng)目中，不僅提供3D打印組件，還就設(shè)計(jì)選擇、拓?fù)鋬?yōu)化和材料選擇提供建議。最終，合作伙伴決定使用AlSi10Mg粉末，因?yàn)樗�兼具剛度和輕量化特性。
最終，3D打印的支柱比機(jī)械加工的支柱輕得多：前支柱輕了30%，后支柱輕了28%。團(tuán)隊(duì)表示，重量減輕意味著對(duì)賽車動(dòng)態(tài)行為的控制更加出色。除此之外，3D打印設(shè)計(jì)使前支柱的外傾角柔順性降低了18%，材料使用量減少了45%。

在集成3D打印組件后，MANIC-23表現(xiàn)出色，在密歇根州舉辦的北美電動(dòng)FSAE 2023比賽中獲勝，并在克羅地亞FSAE Alpe Adria比賽中獲得第二名。Tonini總結(jié)道：“與我們之前的車輛相比，MANIC-23在動(dòng)力、精度和緊湊性方面有了重大飛躍�！�