Активная аэродинамика, функциональная интеграция и привлекательный дизайн – мультиобъектная оптимизация с применением 3D-печати

• Что требовалось: система активного заднего спойлера
• Способ изготовления: селективное лазерное спекание в порошковом слое
• Требования: сложный компонент, низкие коэффициенты трения, малый вес, сокращение сроков проектирования и затрат
• Материал: iglidur I3
• Отрасль: автомобильная промышленность
• Успех благодаря сотрудничеству: существенная экономия времени, снижение затрат, возможность производства компонента очень сложной формы в виде одной детали

Коротко о данном варианте применения:
Концепция "WING3D" в рамках исследовательского проекта OptiAMix лежит в основе системы заднего спойлера, компоненты изготавливаются на 3D-принтере и служат для улучшения активной аэродинамики. Одна из проблем заднего спойлера, изготовленного по традиционным технологиям, заключается в том, что невозможно интегрировать гидравлический привод в состав деталей крепления. Сочетание различных материалов, например, алюминия и полимеров iglidur с улучшенными свойствами скольжения обеспечивает для системы функциональность инновационного уровня в плане настройки положения спойлера и повышения стойкости материала к истиранию.
 

Подшипники скольжения сложной конфигурации из материала iglidur I3 позволяют узлу работать с низким уровнем трения и без дополнительной смазки (copyright: EDAG Engineering GmbH)

Проблема

Исследовательский проект OptiAMix группы EDAG в сотрудничестве с igus GmbH имел целью создание регулируемого заднего спойлера автомобиля, который изменяет положение в зависимости от текущей динамики автомобиля. Для регулировки положения активного спойлера требуются износостойкие компоненты с низким коэффициентом трения. Инженерам требовался прочный материал, чтобы оставалось достаточно места для интеграции гидравлического привода. При применении традиционных способов производства едва ли удалось бы изготовить необходимые легкие компоненты крайне сложной конфигурации, поскольку в этом случае их разработка и изготовление заняли бы массу времени и стоили бы дорого.

Решение

Однако, технология 3D-печати обеспечивает разработку и изготовления каждой отдельной части системы с учетом их полной функциональности и визуальной привлекательности. Одновременно есть возможность использовать широкий спектр материалов, получая компоненты малого веса и индивидуальной формы. В результате применения подшипников скольжения, изготовленных на 3D-принтере из полимера с улучшенными трибологическими свойствами iglidur I3 от компании igus, удается существенно снизить коэффициент трения и объем сервисного облуживания в системе заднего спойлера, если сравнивать материал с обычными полимерами. Высококачественный полимер обладает в 30 раз более высокой устойчивостью к истиранию по сравнению с обычными материалами, полученными в процессе лазерного спекания, он идеально подошел для системы регулировки спойлера. В отличие от таких способов изготовления, как фрезерование и литье под давлением, метод 3D-печати обеспечил быстрое и простое изготовление внутренней конструкции детали, причем в составе единого элемента.

Изготовленные на 3D-принтере и не требующие обслуживания вкладыши подшипников скольжения.

Изготовленные на 3D-принтере подшипники скольжения нашли применение в системе заднего спойлера автомобиля. Значительное преимущество технологии - это оперативная печать компонентов очень сложной конфигурации, что для традиционных способов изготовления оказывается недоступным. Технология аддитивного производства позволяет из одной заготовки изготавливать изделия специальной формы и сложной внутренней конфигурации. При этом сокращаются издержки и повышается эффективность производства. Именно в системе активного спойлера важную роль играет возможность регулировки при малом трении. В компании igus GmbH, расположенной в Кельне, 3D-печать применяется для преобразования специально разработанного для печати полимера iglidur I3 в подшипники скольжения, демонстрирующие характеристики износостойкости и малого трения. Не требующие дополнительной смазки детали являются также необслуживаемыми и идеально подходят для системы регулировки активного спойлера.

Изменение положение спойлера при малом трении и в зависимости от режима движения автомобиля легко реализуется с применением подшипников скольжения из полимера iglidur I3.

Высокий уровень требований к конструкции с учетом полной функциональности элементов

Основание спойлера изготовлено из бионного алюминия, сюда интегрирован гидравлический привод. Последний создает давление масла до 90 бар за счет перемещения поршня, что обеспечивает бесступенчатую регулировку угла наклона в диапазоне от 6° до 42°. Электрический кабель для датчика положения и угла наклона проложен в основании спойлера, именно он определяет регулировочное положение спойлера в зависимости от динамики автомобиля. Также предусмотрена индикация функции торможения в составе спойлера, в основании установлен светодиодный стоп-сигнал. Изготовленные на 3D-принтере подшипники скольжения также нашли применение в целях уменьшения трения. Все компоненты, изготовленные в рамках аддитивного производства, аккуратно совмещаются с другими компонентами без ущерба для функциональности и эстетики – фантастическое взаимодействие формы и функциональности, новый уровень дизайна на базе 3D-печати.

Привлекательный дизайн и широкий спектр функциональных возможностей доступны благодаря 3D-печати. (Copyright: EDAG Engineering GmbH)

Активная система без компромиссов благодаря iglidur I3

iglidur I3 разработан специально для процесса лазерного спекания, его износостойкость в 30 раз выше по сравнению с традиционными материалами для лазерного спекания. Твердые смазки, интегрированные в состав полимера, улучшают скользящие свойства детали, обеспечивают длительный срок службы в широком спектре областей применения. iglidur I3 - это превосходный полимер для активной системы, сочетающий в себе форму и функциональность. Не требующие смазки компоненты как результат аддитивного производства характеризуются низким уровнем трения и не требуют обслуживания в подшипниковых узлах системы регулировки спойлера. За счет этого система становится долговечной, подобного эффекта невозможно достичь при применении обычных полимеров.

Порошок iglidur I3 для лазерного спекания