Как прототипы 3D-печати и станков с ЧПУ делают самые быстрые автомобили еще быстрее

Hennessey Venom GT только что разогнался до 270 миль в час на взлетно-посадочной полосе. Koenigsegg One:1 считает, что это мило. И это потому, что он должен развивать скорость до 280 миль в час. О, и он может ходить по углам, как сумасшедший. Добро пожаловать к новому королю скорости и быстрому (без каламбура) взгляду на технологию, которая позволяет этим автомобилям бить новые рекорды, — обработку на станках с ЧПУ.

На протяжении всей истории наш вид развивал врожденную одержимость скоростью. Будь то страусы в древние времена, лошади или автомобили в более поздние времена, гоночные соревнования всегда побуждали людей к инновациям и получению конкурентного преимущества над своими противниками. Это только усилилось после создания автомобильной техники в конце 19 ^го век. Энтузиасты и производители постоянно стремятся вводить новшества и разрабатывать более быстрые автомобили, и именно здесь на помощь приходят станки с ЧПУ и 3D-печать. Эти прототипы и низкие производственные технологии позволяют производителям изготавливать более легкие и точные автомобильные детали с лучшей аэродинамикой, что помогает автомобилям достигать новых пределы. Прежде чем мы перейдем к самым быстрым автомобилям современности, давайте посмотрим на технологии, лежащие в основе всех инноваций.

Станок с ЧПУ и 3D-принтер

Станки с числовым программным управлением или ЧПУ — это электромеханические устройства, которые могут создавать точные физические прототипы конструкций с помощью компьютерных программ. Технология была впервые разработана в 40-х и 50-х годах. В то время для работы этих машин требовались написанные вручную коды. Но с момента изобретения компьютеров эта технология достигла новых высот. В отличие от своего конкурента, 3D-печати, обработка на станках с ЧПУ — это субтрактивный процесс. Это означает, что он начинается с блока предпочтительного материала и точно прорезает его и вокруг него, используя несколько головок инструментов для создания желаемых 3D-прототипов. Компьютерный код, используемый для этой конкретной технологии, называется G-кодом. Его точность измеряется тысячными долями дюйма, что близко к ширине одной пряди волоса. Станки с ЧПУ в основном работают со сверлами, токарными и фрезерными станками, причем последние являются наиболее полезными из всех. Производители могут использовать широкий спектр материалов для обработки с ЧПУ в зависимости от своего продукта.

3D-печать или аддитивное производство — это процесс создания трехмерных твердых объектов из цифрового файла САПР. Создание 3D-печатного объекта достигается с помощью аддитивных процессов. В аддитивном процессе объект создается путем укладки последовательных слоев материала до тех пор, пока объект в конечном итоге не будет создан. Каждый из этих слоев можно рассматривать как тонко нарезанный горизонтальный разрез конечного объекта. 3D-печать позволяет создавать сложные (функциональные) формы с использованием меньшего количества материала, чем традиционные методы производства.

Использование станков с ЧПУ и 3D-печати в автомобильной промышленности

Станки с ЧПУ используются для обработки таких материалов, как сталь и алюминий, для изготовления различных автомобильных деталей, таких как поршни двигателя, тормозные диски, детали кузова и т. д., с предельной точностью. Производители обычно сначала разрабатывают прототипы с помощью 3D-принтеров, а затем обрабатывают их на станке с ЧПУ с помощью G-кода. Затем эти прототипы с ЧПУ подвергаются экспериментам с различными конструкциями, что позволяет производителям разработать наилучшую конструкцию для максимальной скорости и эффективности своих транспортных средств. Точность машины также помогает избавиться от лишнего и ненужного веса, благодаря чему автомобили становятся легче и быстрее.

Существуют детали и компоненты автомобиля, такие как коробка передач, шасси или ведущий мост, которые настолько сложны по своей конструкции, что их обработка и производство с помощью ручного труда может стать невероятно трудным. С помощью станков с ЧПУ и 3D-печати прототипов эти детали могут быть изготовлены за короткое время с максимальной эффективностью при наличии надлежащего кодирования.

Четыре этапа производства автомобилей; штамповка, сварка, покраска и сборка могут контролироваться и управляться станками с ЧПУ до такой степени, что вмешательство человека вообще не требуется. Это можно наблюдать на новом заводе Tesla, где они почти полностью полагались на автоматизацию, несмотря на общественную критику.

Высококлассные бренды спортивных автомобилей, такие как Bugatti, Pagani и Ferrari, зависят от малейших изменений в достижении желаемого эталона. Вес компонентов и аэродинамика автомобиля играют большую роль в достижении этих показателей. Именно здесь обработка с ЧПУ становится чрезвычайно полезной, а также использование сверхлегкого углеродного волокна. Безупречная точность этих машин делает возможными сложные конструкции этих спортивных автомобилей, создавая самые быстрые автомобили, которые завораживают мир.

Новая модель ЧПУ, которая может работать по 5 различным осям, значительно ускоряет производство. Эти инновации могут решить проблемы, с которыми сейчас сталкиваются такие компании, как Tesla, из-за ограничения производства, поскольку предложение относительно ограничено по сравнению со спросом.

Крупные компании обычно полагаются на станки с ЧПУ для своего производства и исключают любую возможность человеческой ошибки в процессе. Компания Porsche даже сделала все возможное, полностью спроектировав свой 911 Spyder с помощью САПР (автоматизированного проектирования), разновидности станков с ЧПУ.

Несмотря на то, что станки с ЧПУ существуют уже несколько десятилетий, они все еще довольно дороги, поэтому мелкие производители не всегда могут на них положиться, и именно здесь 3D-принтеры стали полезными. Станок с ЧПУ использует набор головок инструментов для выполнения множества задач, которые могут потребовать огромных затрат. Но точность и эффективность станков с ЧПУ несопоставима ни с какой другой альтернативой. Давайте посмотрим, как станки с ЧПУ и технологии 3D-печати помогли создать сегодня самый быстрый автомобиль на дороге.

Koenigsegg Agera R и Agera S нельзя назвать ручными и скучными автомобилями, поскольку они могут похвастаться мощностью более 1000 лошадиных сил и очень легким весом. Несколько лет назад до руководителя их производственной группы Кристиана дошли слухи о том, что исходит от Porsche, Ferrari и McLaren. Он хотел быть готовым к чему-то, что могло бы противостоять им.

Koenigsegg One:1 имеет мощность 1360 лошадиных сил при 7500 об/мин (8250 красных линий) и крутящий момент 1000 Нм (737 фунт-фут) в диапазоне от 3000 до 7500 об/мин от обновленной версии 5,0-литрового V8 Koenigsegg с турбонаддувом. Это много, просто сумасшедшая сумма.

Кристиан говорит, что им нравится называть One:1 первым в мире «мегакаром». Не потому, что он не соответствует классу, а потому, что 1360 лошадиных сил равняются 1 мегаватту. Он мог бы дать больше мощности с большим ускорением, но они хотели достичь баланса, который равнялся бы большей управляемости и реакции. Целью Кристиана был двигатель, который работал на полную мощность около 2500 об/мин, более высокий турбонаддув задержал бы это до 4000 об/мин. Кривая крутящего момента One:1 просто завораживает. Он не совсем плоский, но чертовски близок к этому.

В нем также используется новый турбокомпрессор с изменяемой геометрией, чего вы не слышите каждый день:внутренние детали напечатаны на 3D-принтере. Это помогло им достичь желаемой формы, а также снизить вес.

Помимо внутренностей турбокомпрессора, 3D-печать используется для выхлопной трубы.

Такая платформа, как https://www.3dnatives.com, является ведущим источником информации о 3D-печати и аддитивном производстве. Отсюда вы можете узнать больше всего о 3D-печати.

На самом деле, этот выхлопной патрубок — самый большой кусок титана, напечатанный на 3D-принтере, из когда-либо созданных. На самом деле изготовление занимает целых три дня. Это было бы удивительно неэффективно для серийного автомобиля, но на самом деле это работает в пользу такого производителя, как Koenigsegg. Вместо того, чтобы иметь дело с дорогостоящими поставщиками, которые слишком сложны, чтобы получить всего шесть штук, 3D-печать позволяет им контролировать свой рабочий процесс.

Снаружи монокок выглядит так же, как и в Agera, но в One:1 используется совершенно новое переплетение углеродного волокна, которое может быть на 40% легче, чем переплетение, используемое в Agera. Фактически, это новое поколение углеродного волокна такое же, как на новых автомобилях F1. Углеродное волокно легкое, как перышко, и оно меняет правила игры в этих молниеносных автомобилях.

Теперь держитесь за свое место, поскольку здесь Koenigsegg входит в неизведанные воды. Впервые небольшая компания из Ангельхольма использует активную аэродинамику. На нижней стороне передней части к углеродному волокну добавлены вырезы, чтобы ослабить его. Затем есть гидравлические приводы, которые фактически используются для изгиба углеродного волокна и направления воздуха через корпус и наружу через капот. Когда автомобиль находится в режиме максимальной скорости, закрылки закрыты, чтобы уменьшить прижимную силу и сделать его максимально незаметным.

Передайте углеродное волокно, пожалуйста. Все, да, все из углеродного волокна. Сиденья, колеса, кузов, каркас безопасности монокока и даже солнцезащитные козырьки изготовлены из углеродного волокна, что, по словам Кристиана, сэкономило им около 100 граммов веса каждого. Дело в том, что это может показаться не таким уж большим, но здесь важна каждая мелочь.

Вот почему One:1 весит 1360 кг. И это не сухой вес. Это с половиной бака бензина и полными другими жидкостями. Поистине удивительный подвиг.

Однако в прошлом году Koenigsegg 1 был принят на себя, поскольку Bugatti вернула себе титул самого быстрого автомобиля, выпустив Chiron. Чтобы увидеть эту малютку, посмотрите это видео из десяти самых быстрых выпускаемых автомобилей https://www.youtube.com/watch?v=73V0Y1HL6G8.

Я поставил бы свои деньги на то, что Кристиан и его команда вернутся на поул-позицию в течение следующего года, и за этим стоит обработка с ЧПУ.