波尔쉐如何使用3D打印技术制造引擎活塞

波尔쉐（Porsche）成功地使用3D打印技术制造了911 GT2 RS引擎中的活塞，这些活塞是汽车行业中最受压力的组件之一，新的活塞比原来的轻10%，使引擎能够转速提高300rpm，输出功率增加近30马力。

高性能引擎中的活塞承受着巨大的压力和热应力，通常是用铝合金铸造或锻造而成，波尔쉐与Mahle和 Trumpf合作，开发了激光金属熔融过程，该过程使用设计计算机中的数据，通过熔融1200层铝合金粉末，逐层形成活塞。

拓扑优化软件用于确定活塞中承受压力的区域，以便在每个区域使用恰当的材料，临时支撑结构被纳入活塞设计中，以防止在激光热处理过程中活塞发生变形，这些结构类似蜂窝，位于活塞销孔等区域，以避免后续的加工工作。

使用3D打印技术，可以将新的功能纳入设计中，这些功能在传统的铸造或锻造技术中无法实现，在这个案例中，波尔쉐引入了一个内部冷却导管，类似于环绕活塞周围的一条隧道，冷却油流经导管，降低活塞温度20°C，在活塞环和气缸之间的关键区域。

软件还使用“生物”设计原理，来自自然界的强度设计，活塞的横截面看起来像一簇肌肉和腱，当前项目中，五个活塞可以在12小时内制造，但使用更先进的打印机，生产速度可以增加到15个活塞。

六个活塞已经在911 GT2 RS引擎中测试了200小时，以模拟24小时的赛道驾驶，包括3728英里的高速驾驶和135小时的全速驾驶。

虽然当前这个过程还很昂贵，需要更多的技术工作来确保一致的质量，但这个技术可能在未来五年内应用于系列生产的汽车引擎，波尔쉐还在研究其他组件，例如涡轮增压器中冷器，以提高冷却流和表面积，该公司还在开发电动轴驱动系统，使用该技术可以减少零件数量，提高装配速度，增加刚度和减轻重量。

波尔쉐还计划提供3D打印的车身全桶座椅，座椅壳使用扩展聚丙烯，连接到一层可呼吸的“舒适层”，由3D打印的聚氨基甲烷材料制成，40个原型将首先安装在赛车上，但从2021年开始，将提供三种不同的刚度级别供选择，可能还会提供根据客户体型进行调整的服务。

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