布加迪开发超优化的Bolide 3D打印零件

盖世汽车讯 据外媒报道，由德国大众汽车集团旗下豪华汽车品牌布加迪（Bugatti）的工程师领导开发的新技术，可以使超轻型组件的强度与钢筋混凝土柱一样。此种新3D打印推杆（底盘承压拉杆）仅重100克，最大可承受3.5吨压力。其中空钛合金结构带有内部支撑拱形，具有令人难以置信的强度，是布加迪近期推出的几种Bolide（专用轨道超级跑车） 3D打印零件中，又一个AM（大气压量）突破。

新项目由布加迪新兴技术部博士生Henrik Hoppe领导。自2017年以来，Hoppe一直致力于开发创新型金属材料和制造工艺，且其硕士论文就与3D打印钛合金制动钳的计算方法有关。该制动钳比经过高度优化重量的Chiron2量产部件轻43％，但坚固性一样。Hoppe称：“通过选择性激光熔化，即通常所说的3D打印，可以生产出由内部硬化的新型中空超复杂组件。这些组件非常轻巧，但却非常结实牢固。我们会将其越来越多地应用于超级跑车的零部件中。”

（图片来源：布加迪）

在博士学位论文中，Hoppe再次取得突破。由于从概念到交付的整个制造过程需要花费大量时间和金钱，因此Hoppe率先采用了新系统。Hoppe使用该系统确认用于汽车制造的功能性3D打印金属部件的商业和技术潜力。此外，还可以通过针对特定零件的应用来增强这种潜力。以前，此类型的组件主要用于航空航天领域。

骨状结构

布加迪通常使用3D打印技术来增强具有复杂结构的组件，并采用仿生学原理，使印刷出的部件具有骨状结构：薄壁、空心、且具有精细分支。因此组件尽管重量轻，但仍具有出色的刚度，且壁厚仅为0.4毫米。Henrik Hoppe称：“我们将继续减轻汽车的重量，同时在每个可能的领域增加其创新功能。”从构思到生产再到车辆安装，Hoppe都设计和精心计划了每个步骤，并执行了所有计算，以及评估组件量产的商业可行性。他补充说：“尽管布加迪在材料、制造工艺和组件方面的质量标准要求极高，但也必须具有商业可行性。”

布加迪是汽车金属3D打印领域的技术领导者。从Chiron量产以来，这款超级跑车就配备了业界首批批量生产金属3D打印功能组件：位于变速箱油箱旁的小型带水高压泵控制台。2018年，布加迪推出全球最大的3D打印钛零件，即钛制制动钳。随后又推出全球最大的混合动力功能组件，该组件由3D打印的钛和盘绕碳制成。布加迪新兴技术负责人Frank Götzke表示：“这些组件非常轻便且坚固耐用，因此绝对适合量产车辆。”

目前，布加迪Bolide作为技术载体已开始使用新材料和制造工艺，并于2020年10月下旬举行了全球首发仪式。Götzke表示：“作为赛车形式的实验车辆，Bolide并非用于展示，而是凸显布加迪完整技术的不二之选。发烧友们将来还会在其他车辆中看到这些尖端技术。”

像在赛车运动中通常使用的涡轮风扇一样，布加迪也找到了在超轻量镁锻造车轮上安装径向压缩机的方法。其外观类似于轮辋，但是具有多种功能：它们可通过制动器将空气从轮罩中泵出并将暖空气吸入到外部。这样，涡轮风扇在冷却制动器的同时降低升力。与熟知的单材料解决方案相反，Bolide组件具有混合结构，它由一个3D打印的钛制中央碗（厚度为0.48毫米）和一个0.7毫米厚的碳板组成，该碳板带有碳制小内叶片。中央钛碗还有一个宽度为0.48毫米的横条，进一步提高其刚度，但重量仅为100克。加上后轮上的单个18¼英寸涡轮风扇（前部为17¼英寸），总重不到400克。由于不可能获得特定抗屈曲性和抗弯刚度，因此这在单材料解决方案中不可能实现。

重量仅为325克却可承受压力1.8吨

高度复杂的3D打印组件也可用于隐蔽处。布加迪将钛合金印在前翼子板的安装支架上，前翼子板可以安装在三个不同的高度。安装支架，内部空心且壁厚为0.7毫米，重量仅为600克，但却可以承受800公斤的气动压力。通过Bolide的中央碳鳍片，后翼子板的下压力可以在320 km/h的速度下达到1.8吨，并被引入上部结构矩阵，该结构矩阵构成高强度不锈钢后框架上端。在该中央散热片内部，有一个层压和印刷的钛制零件，用于将散热片连接到机翼，并通过连接杆调节角度。刚性非常之大，但重量仅为325克。工程师还使用钛合金来印刷用于安装转向柱的支架，该支架具有集成的仪表板支撑、直通式转向柱的支撑环以及车辆内部的两个通风孔。所有组件均为轻型空心结构，壁厚均匀为0.5毫米。

Bolide的车轮控制基于前后轴上的双叉骨运动学（double-wishbone kinematics）。在后轴上，弹簧阻尼器元件具有垂直配置，而在前轴上，它们与行进方向成直角水平布置。弹簧由钛制成，减震器具有调节机构和储液器，该储液器内部集成在前轴减震器上。对于前轴上的水平弹簧减振器元件，垂直接触力是通过连杆传递，该连杆直接位于下叉臂上的旋转轴承旁边。控制摇杆的支架壁厚仅为0.4毫米，且每个支架的重量仅为95克，每个摇杆的重量都不到195克。由于空气完全流过Bolide的前轴，因此其运动学组件（包括3D打印的钛合金组件和高强度不锈钢叉臂）都非常轻巧且坚固，并在空气动力学方面得到了优化。不仅如此，Bolide的所有其他3D打印元素的拉伸强度均为1,250 N/mm2。Götzke解释说：“通过内部开发的特殊热处理工艺，拉伸强度大大提高，同时断裂应变至少达到19％。”

推杆100克

开发人员对于Bolide的推杆感到特别自豪。Hoppe表示：“他们将力传递到摇臂，根据驱动方式，其最大可承受压力可达3.5吨。然而，由于采用多种创新技术，其重量仅100克。”此外，布加迪的开发人员还首次改变了薄壁空心杆的壁厚。空心杆壁朝中心变厚，然后再次变薄，这意味着它们可以最佳地适应局部应力。与人体骨骼相似，该组件具有内部结构。该特殊结构最近也已注册专利。

与已批量生产、众所周知、经过重量优化的钛排气管装饰盖相比，布加迪的由3D打印的钛和陶瓷制成的混合部件重量减轻了约一半。组件长度超280毫米，但壁厚却始终只有0.5毫米，因此重量不到750克。由于陶瓷材料的导热系数远低于钛合金，因此布加迪引入了特殊的陶瓷元素，并内置在钛合金外壳中，并使盖板相对于碳外皮居中，因此即使排气温度超高，外皮也不会损坏。该隔热罩还由内置的文丘里喷嘴支撑：当热废气进入尾管装饰盖时，新鲜空气被吸入，从而在热废气流周围形成冷空气套。

数月前，随着Bolide（专用轨道的超级跑车）的推出，布加迪提出了非凡技术概念。这款标志性的8.0升W16发动机功率高达1,850PS˚，可为仅重1,240公斤的汽车提供动力。这意味着该车辆具备令人难以置信的0.67 kg/PS的重量/功率比、超过500 km/h的最高时速、完美操控性和最大灵活性。FrankGötzke总结道：“众多技术亮点使Bolide如此与众不同，但这些技术也可以应用到量产车，这正是我们继续开发和努力的方向。110多年来，布加迪在一直因其独特创新令人印象深刻，未来，也将会继续努力。”