Приходит покупатель с штампованным-и-сварным стальным кронштейном для аккумуляторной батареи-. Он состоит из пяти отдельных частей, которые необходимо сварить вместе. Рюкзак и так тяжелый, дальность страдает, а каждый лишний килограмм стоит энергии. Вопрос простой: сможем ли мы сохранить силу и одновременно снизить вес? Ответ: да. Сочетая оптимизацию топологии с3D-печать из алюминиевого сплава, инженеры могут изменить конструкцию кронштейна так, чтобы материал оставался только там, где он необходим, несколько частей стали едиными, а конечный компонент стал значительно легче.
Почему вес так важен для аккумуляторной батареи электромобиля
Аккумуляторная батарея обычно является самым тяжелым компонентом электромобиля, на него часто приходится 20–25 % общей снаряженной массы. Дополнительная масса увеличивает сопротивление качению, требует больше энергии при ускорении и снижает эффективность рекуперативного торможения. Согласно грубому отраслевому правилу, каждые 100 кг сэкономленного веса могут добавить примерно 15–17 км реального-мирового запаса хода или примерно 5–6 % увеличения запаса хода при 10 % снижении веса автомобиля.
Кронштейны и опорные конструкции — отличная цель для снижения веса. Их много в типовом рюкзаке, они конструктивно независимы и им не нужно нести полную ударную нагрузку основного корпуса. Таким образом, уменьшение их массы дает измеримые преимущества без ущерба для первичной конструкции безопасности.
Что такое 3D-печать из алюминиевого сплава простым языком?
Проще говоря, 3D-печать алюминиевым сплавом создает деталь, распределяя тонкие слои алюминиевого порошка и расплавляя их лазером, слой за слоем, до тех пор, пока не будет завершена полная геометрия. Этот процесс также известен как лазерный сплав-в слое порошка. Поскольку материал добавляется только там, где этого требует конструкция, становятся возможными сложные внутренние решетки, органичные формы и консолидированная геометрия.
Почему AlSi10Mg является наиболее распространенным выбором
3D-печатные детали AlSi10Mg доминируют в автомобильной промышленности. Сплав обеспечивает хороший баланс прочности, литейных качеств,-таких как возможность печати, и относительно низкой плотности (приблизительно 2,67 г/см³). После надлежащей термообработки он обеспечивает прочность на разрыв в диапазоне 300–350 МПа с полезной пластичностью, что делает его пригодным для изготовления кронштейнов конструкций.
Алюминий, сталь и литой алюминий
Плотность: AlSi10Mg ≈ 2,67 г/см³|Сталь ≈ 7,8 г/см³|Литой алюминий, аналогичный AlSi10Mg.
Удельная прочность: напечатанный на 3D-принтере-AlSi10Mg конкурирует со многими сталями по весу-по-весу.
Свобода дизайна: гораздо выше, чем при литье или штамповке, что позволяет создавать-оптимизированные по топологии формы, которые традиционные методы создать не могут.
5 способов, которыми 3D-печать делает кронштейны для аккумуляторов легче
Оптимизация топологии
Программное обеспечение удаляет материал из областей с низким-напряжением и оставляет его только там, где перемещается груз. В опубликованных случаях только это позволило снизить массу брекета на 30–50 %, сохраняя при этом нагрузки в определенных пределах.
Решетчатые и пустотелые конструкции
Внутренние решетки или полые секции заменяют сплошные секции. Деталь сохраняет жесткость там, где это необходимо, но теряет ненужную массу. При обычной штамповке это невозможно.
Консолидация деталей
Пять штампованных деталей, которые когда-то требовали сварки или болтового соединения, могут стать единым печатным компонентом. Меньшее количество соединений означает меньшую массу крепежных элементов, сварных швов и перекрывающихся фланцев.
Более тонкие стенки без потери жесткости
Поскольку распределение материала оптимизировано, толщину стенок можно уменьшить в зонах с низкой-нагрузкой, сохраняя при этом критические секции прочными. Общая жесткость сохраняется или даже улучшается.
Меньше крепежа, меньше сборки
Устранение болтов, гаек и сварных деталей устраняет как их вес, так и вторичные операции, необходимые для их установки. Окончательная сборка легче и проще.
Эти пять рычагов работают вместе. При применении к легким кронштейнам аккумуляторной батареи для электромобилей общий эффект обычно обеспечивает снижение веса на 20–40 % по сравнению с оригинальной штампованной или сварной конструкцией.
Что говорят исследования: реальные цифры по снижению веса
Опубликованные исследования и отраслевые примеры неизменно показывают двузначную-экономию. Один из -прошедших экспертную оценку топологий-оптимизированного кронштейна батареи позволил снизить массу на 49 %, при этом соблюдая целевые показатели прочности и-коэффициента безопасности. Еще один компонент автомобильного алюминиевого шасси, изготовленный методом широкоформатной печати металлом, позволил снизить вес более чем на 30 % и значительно повысить жесткость на кручение. Примеры китайской промышленности по опорам аккумуляторов AlSi10Mg сообщают о снижении веса на 25 % и соответствующем увеличении дальности действия на несколько километров.
Достаточно ли прочен алюминий, напечатанный на 3D-принтере?
Да,-если проект прошел надлежащую проверку. В -построенном состоянии AlSi10Mg может достигать прочности на разрыв 400–460 МПа; термообработанный-материал жертвует некоторой прочностью ради улучшения пластичности и снятия остаточных-напряжений. Требования к усталости, вибрации и ударам по-прежнему необходимо проверять посредством моделирования и физических испытаний, как и в случае с любым другим компонентом конструкции. Как только эти тесты будут пройдены,3D-печать из алюминиевого сплавасоответствует ожиданиям автомобильной долговечности.
Практический пример: как компания Sunhingstones снизила вес брекетов
Европейскому поставщику электромобилей потребовалось семейство опорных кронштейнов-аккумуляторов. В оригинальной конструкции использовались штампованные стальные детали, сваренные в узлы. Вес был большим, время сборки долгим, а изменения конструкции требовали новой оснастки.
Компания Sunhingstones изменила дизайн кронштейнов, используя оптимизацию топологии, и напечатала их из AlSi10Mg. Несколько частей были объединены в отдельные компоненты, в не-критических зонах были введены внутренние решетки, а общая геометрия была уточнена для возможности печати.
Результаты по первой производственной-партии:
Вес уменьшен примерно на 32 % по сравнению с исходным стальным узлом.
Количество отдельных частей, нарезаемых от пяти до одной.
Время сборки сокращено более чем вдвое.
Механические характеристики (статическая прочность и вибрация) соответствовали техническим требованиям заказчика после термообработки и механической обработки критических поверхностей сопряжения.
Время выполнения заказа от утвержденного проекта до первых функциональных образцов составило менее трех недель. Тот же процесс был перенесен на мелкосерийное-серийное производство без нового инструмента.
Когда 3D-печать имеет смысл (а когда нет)
3D-печать из алюминиевого сплаваявляется хорошим выбором, когда:
Объемы от низких до средних (от десятков до нескольких тысяч деталей в год).
Геометрия сложна или часто перерабатывается.
Консолидация деталей или оптимизация топологии могут обеспечить явные преимущества в весе или сборке.
Стоимость инструмента для традиционных методов высока по сравнению с количеством деталей.
Обычно это не самый дешевый маршрут, если:
Объемы очень большие, а геометрия проста.
Существующая штамповочная или литейная оснастка уже амортизирована.
Деталь не выигрывает от сложной внутренней структуры.
ОпытныйПроизводитель 3D-печати металломчестно скажет вам, в какой ситуации вы находитесь.
Как выбрать производителя 3D-печати из алюминия
Ищите эти возможности:
Подтвержденный опыт работы с порошком AlSi10Mg и автомобильным-порошком.
Собственная-проверка плотности, растяжения и (предпочтительно) компьютерной томографии
Термическая обработка, снятие напряжений и возможность вторичной обработки.
Возможность предоставлять обратную связь по проектированию-для-аддитивного-производства (DFM) и-оптимизации топологии.
Четкий путь от прототипа к мелкосерийному-производству
Поставщик, который уже производит кронштейны для легких аккумуляторных батарей для электромобилей и другие конструкционные алюминиевые компоненты, сократит ваш цикл разработки и снизит технический риск.
Часто задаваемые вопросы
Насколько вес может сэкономить 3D-печать на кронштейне аккумулятора?
Типичная экономия составляет от 20 % до 40 % по сравнению с конструкциями из штампованной или сварной стали при применении оптимизации топологии и консолидации деталей. Крайние случаи достигли почти 50%.
Является ли алюминий, напечатанный на 3D-принтере, таким же прочным, как обработанный алюминий?
После -изготовления и термообработки-AlSi10Mg достигает уровня прочности, сравнимого со многими обычными алюминиевыми сплавами. Ключевым моментом является правильный контроль процесса, термообработка и проверка для конкретных случаев нагрузки.
Сколько времени занимает получение распечатанного образца брекета?
Функциональные образцы на основе утвержденных данных САПР часто доступны через 1–3 недели, в зависимости от размера, количества и требований к последующей-обработке.
Можете ли вы сделать небольшие партии для тестирования?
Да. Небольшие-серийные производства, состоящие из десятков или сотен деталей, являются стандартным вариантом использования аддитивного производства металлов.
Какие файлы вам нужно процитировать?
3D-модель CAD (предпочтительно STEP), а также все варианты нагрузки, критические размеры, требования к отделке поверхности-и информацию о количестве обычно достаточно для первого предложения и проверки DFM.
Готовы облегчить аккумулятор?
Отправьте нам свой текущий дизайн или 3D-модель кронштейна. Мы оценим потенциал-экономии веса, предложим возможности топологии или консолидации, а также предоставим четкое предложение вместе с реалистичным производственным планом. 3D-печать алюминиевым сплавом — один из наиболее практичных способов, доступных сегодня для уменьшения массы аккумуляторных батарей-электрических аккумуляторов без ущерба для производительности.