列印就緒!
活塞是引擎中負擔最重的零件。保時捷首次透過 3D 列印技術,「印出」第一批活塞樣本。這批活塞將用於最狂野的 911 高性能引擎。
插圖:Design Hoch Drei
這是一項追求極致的研究項目,保時捷打算將首批 3D 列印的活塞用於 911 GT2 RS 的六缸雙渦輪增壓引擎中,正面迎戰 700 匹馬力(515 千瓦)。這背後的邏輯是,如果列印出來的零件能承受得住保時捷最強悍的 GT 跑車引擎,那麼其他引擎也就難不倒它了。
比起鍛造或鑄造零件,3D 列印的零件有一項決定性優勢,那就是在設計上更為自由。幾乎無需事先製造工具或模具,就能創造出各種幾何形狀的零件。透過此技術,設計團隊只需將構成數據輸入列印機即可,不受機床限制,也因此能夠在 3D 列印的活塞底部整合封閉式冷卻通道,實現傳統工法做不到的事,而這條精密的通道能使活塞環的溫度降低約攝氏 20 度。列印活塞的結構剛性不但更為優異,重量也較一般傳統製作的活塞減輕了一成,也因此能在燃燒最佳化的情況下實現更快的引擎轉速。如此一來,在效率提升的同時,也能夠多獲得 30 匹馬力!
這款活塞的製作過程,稱為「雷射金屬熔合(Laser Metal Fusion)」,簡稱為 LMF。在製程中,零件由粉床逐層構建而成,而這款活塞是以一種特殊鋁合金製成。在處理室中,塗佈裝置會將粉末從儲粉容器推到成型缸上, 從而形成一層粉床。多餘的粉末則會進入溢流容器中。 隨後,雷射光束會根據零件的輪廓將表面的粉末加熱,加以熔合,從而形成固態金屬層,再與下方已熔化的金屬層接著。緊接著,成型缸下沉,塗佈裝置再次塗抹粉末。 一來一往,活塞便在粉塵中逐漸成形。
品管方面,3D 列印的活塞已在引擎測試臺上通過了嚴格的兩百小時耐久性測試。保時捷與其合作夥伴 Mahle 和 Trumpf 緊密合作,並透過光學公司 Zeiss 確保品質,從而實現了此里程碑。
保時捷早已在其他領域成功運用積層製程(additive manufacturing process)技術,例如 911 和 718 車型系列的 3D 列印賽車桶型座椅、經典車替代零件的複製,以及賽車運動上。