賽車運(yùn)動(dòng)是汽車工業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。為了贏得比賽，汽車制造商會(huì)將最好的科技、材料用于參賽車輛的制造。賽車制造中所應(yīng)用的制造技術(shù)總是高于同期的民用車輛，在未來(lái)部分賽車制造中所用的科技將在民用車輛制造中應(yīng)用。

長(zhǎng)期致力于賽車零部件制造與創(chuàng)新的Spyros Panopoulos 團(tuán)隊(duì)，通過(guò)其專利技術(shù)與先進(jìn)材料，研發(fā)了用于極限賽車運(yùn)動(dòng)的渦輪增壓器、葉輪、活塞等動(dòng)力總成零部件。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在技術(shù)創(chuàng)新的道路上， Panopoulos 團(tuán)隊(duì)融入了3D打印技術(shù)與創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，并通過(guò)這些技術(shù)為賽車、超級(jí)跑車減重與提升動(dòng)力性能提供技術(shù)上的加持。

值得期待的是，在Panopoulos 團(tuán)隊(duì)開展的超級(jí)跑車開發(fā)項(xiàng)目中，應(yīng)用了多種3D打印零部件，包括碳纖維3D打印連桿、陶瓷3D打印活塞等極具創(chuàng)新性的零部件，這款跑車將在2021年日內(nèi)瓦車展上亮相。

本期，3D科學(xué)谷將與谷友一起搶先看來(lái)自賽車制造團(tuán)隊(duì)的3D打印前沿應(yīng)用，并回顧民用汽車制造領(lǐng)域取得的3D打印應(yīng)用進(jìn)展。

block 追求極致的輕量化

賽車與飛機(jī)零部件制造團(tuán)隊(duì)Spyros Panopoulos 開展了一個(gè)超級(jí)跑車開發(fā)項(xiàng)目“Chaos”，該項(xiàng)目包括兩種不同配置的超級(jí)跑車。兩種版本的相同之處為，均配備4升V10鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)具有20個(gè)噴油器，40個(gè)氣門，鈦合金曲軸，鈦/鉻鎳鐵合金氣門，以及由碳纖維和鈦合金制造的大型雙渦輪增壓器，該渦輪增壓器的渦輪由陶瓷復(fù)合材料制造。

其中一種配置的跑車安裝了鈦合金3D打印活塞和連桿，可加速至11,000 rpm，并具有2,000馬力的動(dòng)力。

3D打印碳纖維連桿與陶瓷活塞。來(lái)源：Spyros Panopoulos

另一種配置的跑車，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高至12,000 rpm。這款跑車安裝了碳纖維連桿和3D打印的陶瓷復(fù)合材料活塞。陶瓷復(fù)合材料以高強(qiáng)度、重量輕、硬度和幾乎完全的抗熱膨脹性著稱，而能夠作為航天飛機(jī)制造中使用的材料。該跑車的最高功率不低于3,000馬力。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，Spyros Panopoulos 團(tuán)隊(duì)早在1997年就致力于制造極限賽車中的連桿、渦輪增壓器、氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，以及飛輪和完整發(fā)動(dòng)機(jī)。使用新材料、先進(jìn)制造技術(shù)以及設(shè)計(jì)方式，是他們?cè)谫愜噭?dòng)力總成零部件制造中保持創(chuàng)新活力和突破車輛極限動(dòng)力的推動(dòng)力。Panopoulos 團(tuán)隊(duì)獲得了眾多創(chuàng)新、專利技術(shù)和成就。

例如在新材料應(yīng)用方面，Panopoulos 團(tuán)隊(duì)曾在2015年，將Tennalum合金材料用于賽車制造，這種合金具有高達(dá)700 MPa的屈服強(qiáng)度（比7075合金高出30％以上），良好的延展性。以及與7075相似的耐腐蝕性以及其他對(duì)高性能組件/設(shè)備設(shè)計(jì)人員有利的功能。在強(qiáng)度/重量比方面，Tennalum比7075高33％。

Gen2專利技術(shù)制造的葉輪。來(lái)源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團(tuán)隊(duì)擁有渦輪增壓葉輪設(shè)計(jì)與制造的專利技術(shù)-Gen2，采用該技術(shù)制造的葉輪具有10個(gè)葉片，材料為“超級(jí)合金970 mpa”，該材料比鈦Ti6AL4v重量輕43％，但強(qiáng)度高35％。這一渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪，在空氣動(dòng)力學(xué)方面得到了革命性的改進(jìn)，其初級(jí)葉片的徑向向內(nèi)的部分向上掃入壓氣機(jī)的上部區(qū)域。得益于優(yōu)化的幾何形狀，其性能提高了35-80％。2016年，該團(tuán)隊(duì)將碳纖維壓縮機(jī)蓋用于渦輪增壓器中，并采用Gen2專利技術(shù)制造碳纖維和勞倫纖維復(fù)合材料的渦輪增壓器葉輪，這些復(fù)合材料比鋁輕8-10倍。

近年來(lái)，Panopoulos 展開了對(duì)下一代材料、增材制造以及創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方式的研究。2019年，他們?cè)谶@一領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。

3D打印碳纖維連桿。來(lái)源：Spyros Panopoulos

上圖是3D打印碳纖維連桿，也是“Chaos”項(xiàng)目其中一款跑車中安裝的連桿。下圖是Panopoulos 開發(fā)設(shè)計(jì)的賽車3D打印活塞，材料包括H13不銹鋼和Ti6AL4v鈦合金 。

3D打印活塞設(shè)計(jì)。來(lái)源：Spyros Panopoulos

3D打印鈦合金連桿、活塞。來(lái)源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團(tuán)隊(duì)開發(fā)了面向增材制造汽車零部件開發(fā)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件”anadiaplasi”，并通過(guò)anadiaplasi設(shè)計(jì)了一系列3D打印零部件，包括3D打印陶瓷、鈦合金材料的連桿、活塞，以及安全性部件制動(dòng)鉗。

3D打印制動(dòng)鉗。來(lái)源：Spyros Panopoulos

3D打印與創(chuàng)成式設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的輕量化，是提高超級(jí)跑車動(dòng)力的重要砝碼之一。根據(jù)Panopoulos，其團(tuán)隊(duì)對(duì)首款量產(chǎn)跑車的減重目標(biāo)是總車重小于1,150千克，每減少一公斤重量可產(chǎn)生超過(guò)2馬力的動(dòng)力，他們已為時(shí)速超過(guò)500 公里/小時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)性能做好準(zhǔn)備，在加速度方面，他們的技術(shù)已為時(shí)間2秒內(nèi)加速至100公里/小時(shí)，7秒內(nèi)加速至400公里/小時(shí)做好準(zhǔn)備。

以上仍不是“Chaos”超級(jí)跑車的全貌，預(yù)計(jì)在20201年的日內(nèi)瓦車展上，將可以看到它的全部科技。除了以上這些通過(guò)anadiaplasi創(chuàng)成式軟件設(shè)計(jì)的3D打印零部件，還將看到錯(cuò)綜復(fù)雜的LED剎車燈陣列、3D打印鈦合金排氣管，碳纖維車身，以及由一種熱固性材料制造的一體式底盤，這是一種可用于制造防彈衣的材料，其強(qiáng)度是芳綸的1.6倍。

賽車運(yùn)動(dòng)是汽車工業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。為了贏得比賽，汽車制造商會(huì)將最好的科技、材料用于參賽車輛的制造。賽車制造中所應(yīng)用的制造技術(shù)總是高于同期的民用車輛，在未來(lái)部分賽車制造中所用的科技將在民用車輛制造中應(yīng)用。

長(zhǎng)期致力于賽車零部件制造與創(chuàng)新的Spyros Panopoulos 團(tuán)隊(duì)，通過(guò)其專利技術(shù)與先進(jìn)材料，研發(fā)了用于極限賽車運(yùn)動(dòng)的渦輪增壓器、葉輪、活塞等動(dòng)力總成零部件。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在技術(shù)創(chuàng)新的道路上， Panopoulos 團(tuán)隊(duì)融入了3D打印技術(shù)與創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，并通過(guò)這些技術(shù)為賽車、超級(jí)跑車減重與提升動(dòng)力性能提供技術(shù)上的加持。

值得期待的是，在Panopoulos 團(tuán)隊(duì)開展的超級(jí)跑車開發(fā)項(xiàng)目中，應(yīng)用了多種3D打印零部件，包括碳纖維3D打印連桿、陶瓷3D打印活塞等極具創(chuàng)新性的零部件，這款跑車將在2021年日內(nèi)瓦車展上亮相。

本期，3D科學(xué)谷將與谷友一起搶先看來(lái)自賽車制造團(tuán)隊(duì)的3D打印前沿應(yīng)用，并回顧民用汽車制造領(lǐng)域取得的3D打印應(yīng)用進(jìn)展。

block 追求極致的輕量化

賽車與飛機(jī)零部件制造團(tuán)隊(duì)Spyros Panopoulos 開展了一個(gè)超級(jí)跑車開發(fā)項(xiàng)目“Chaos”，該項(xiàng)目包括兩種不同配置的超級(jí)跑車。兩種版本的相同之處為，均配備4升V10鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)具有20個(gè)噴油器，40個(gè)氣門，鈦合金曲軸，鈦/鉻鎳鐵合金氣門，以及由碳纖維和鈦合金制造的大型雙渦輪增壓器，該渦輪增壓器的渦輪由陶瓷復(fù)合材料制造。

其中一種配置的跑車安裝了鈦合金3D打印活塞和連桿，可加速至11,000 rpm，并具有2,000馬力的動(dòng)力。

3D打印碳纖維連桿與陶瓷活塞。來(lái)源：Spyros Panopoulos

另一種配置的跑車，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高至12,000 rpm。這款跑車安裝了碳纖維連桿和3D打印的陶瓷復(fù)合材料活塞。陶瓷復(fù)合材料以高強(qiáng)度、重量輕、硬度和幾乎完全的抗熱膨脹性著稱，而能夠作為航天飛機(jī)制造中使用的材料。該跑車的最高功率不低于3,000馬力。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，Spyros Panopoulos 團(tuán)隊(duì)早在1997年就致力于制造極限賽車中的連桿、渦輪增壓器、氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，以及飛輪和完整發(fā)動(dòng)機(jī)。使用新材料、先進(jìn)制造技術(shù)以及設(shè)計(jì)方式，是他們?cè)谫愜噭?dòng)力總成零部件制造中保持創(chuàng)新活力和突破車輛極限動(dòng)力的推動(dòng)力。Panopoulos 團(tuán)隊(duì)獲得了眾多創(chuàng)新、專利技術(shù)和成就。

例如在新材料應(yīng)用方面，Panopoulos 團(tuán)隊(duì)曾在2015年，將Tennalum合金材料用于賽車制造，這種合金具有高達(dá)700 MPa的屈服強(qiáng)度（比7075合金高出30％以上），良好的延展性。以及與7075相似的耐腐蝕性以及其他對(duì)高性能組件/設(shè)備設(shè)計(jì)人員有利的功能。在強(qiáng)度/重量比方面，Tennalum比7075高33％。

Gen2專利技術(shù)制造的葉輪。來(lái)源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團(tuán)隊(duì)擁有渦輪增壓葉輪設(shè)計(jì)與制造的專利技術(shù)-Gen2，采用該技術(shù)制造的葉輪具有10個(gè)葉片，材料為“超級(jí)合金970 mpa”，該材料比鈦Ti6AL4v重量輕43％，但強(qiáng)度高35％。這一渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪，在空氣動(dòng)力學(xué)方面得到了革命性的改進(jìn)，其初級(jí)葉片的徑向向內(nèi)的部分向上掃入壓氣機(jī)的上部區(qū)域。得益于優(yōu)化的幾何形狀，其性能提高了35-80％。2016年，該團(tuán)隊(duì)將碳纖維壓縮機(jī)蓋用于渦輪增壓器中，并采用Gen2專利技術(shù)制造碳纖維和勞倫纖維復(fù)合材料的渦輪增壓器葉輪，這些復(fù)合材料比鋁輕8-10倍。

近年來(lái)，Panopoulos 展開了對(duì)下一代材料、增材制造以及創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方式的研究。2019年，他們?cè)谶@一領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。

3D打印碳纖維連桿。來(lái)源：Spyros Panopoulos

上圖是3D打印碳纖維連桿，也是“Chaos”項(xiàng)目其中一款跑車中安裝的連桿。下圖是Panopoulos 開發(fā)設(shè)計(jì)的賽車3D打印活塞，材料包括H13不銹鋼和Ti6AL4v鈦合金 。

3D打印活塞設(shè)計(jì)。來(lái)源：Spyros Panopoulos

3D打印鈦合金連桿、活塞。來(lái)源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團(tuán)隊(duì)開發(fā)了面向增材制造汽車零部件開發(fā)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件”anadiaplasi”，并通過(guò)anadiaplasi設(shè)計(jì)了一系列3D打印零部件，包括3D打印陶瓷、鈦合金材料的連桿、活塞，以及安全性部件制動(dòng)鉗。

3D打印制動(dòng)鉗。來(lái)源：Spyros Panopoulos

3D打印與創(chuàng)成式設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的輕量化，是提高超級(jí)跑車動(dòng)力的重要砝碼之一。根據(jù)Panopoulos，其團(tuán)隊(duì)對(duì)首款量產(chǎn)跑車的減重目標(biāo)是總車重小于1,150千克，每減少一公斤重量可產(chǎn)生超過(guò)2馬力的動(dòng)力，他們已為時(shí)速超過(guò)500 公里/小時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)性能做好準(zhǔn)備，在加速度方面，他們的技術(shù)已為時(shí)間2秒內(nèi)加速至100公里/小時(shí)，7秒內(nèi)加速至400公里/小時(shí)做好準(zhǔn)備。

以上仍不是“Chaos”超級(jí)跑車的全貌，預(yù)計(jì)在20201年的日內(nèi)瓦車展上，將可以看到它的全部科技。除了以上這些通過(guò)anadiaplasi創(chuàng)成式軟件設(shè)計(jì)的3D打印零部件，還將看到錯(cuò)綜復(fù)雜的LED剎車燈陣列、3D打印鈦合金排氣管，碳纖維車身，以及由一種熱固性材料制造的一體式底盤，這是一種可用于制造防彈衣的材料，其強(qiáng)度是芳綸的1.6倍。