Как 3D-печать и ЧПУ-ускоряют рекордные суперкары

Hennessey Venom GT только что достиг 270 миль/ч на взлетной полосе. Koenigsegg One:1 считает это милым. Потому что он должен достигать 280 миль/ч. И он проходит повороты как безумный. Добро пожаловать к новому королю скорости и быстрому (без каламбура) взгляду на технологии, позволяющие этим машинам ломать рекорды — ЧПУ-обработка.

На протяжении истории человечество неврозно одержимо скоростью. Будь то страусы в древности, лошади или автомобили в более недавние времена, соревновательные гонки всегда поощряли инновации и получение конкурентного преимущества над соперниками. Это только усилилось после создания автомобилей в конце XIX века. Энтузиасты и производители постоянно движимы инновировать и разрабатывать более быстрые машины, и здесь в игру вступают ЧПУ-обработка и 3D-печать. Эти технологии прототипирования и малого производства позволяют изготавливать более легкие и точные автозапчасти с лучшей аэродинамикой, помогая машинам достигать новых пределов. Прежде чем погрузиться в самые быстрые машины сегодня, посмотрим на технологии, движущие все инновации.

ЧПУ-станок и 3D-принтер

ЧПУ (Computer Numerically Controlled) — электромеханические устройства, создающие точные физические прототипы дизайнов через компьютерные программы. Технология разработана в 40-х и 50-х. Тогда требовались вручную написанные коды. Но с изобретением компьютеров технология достигла новых высот. В отличие от соперника — 3D-печати — ЧПУ-обработка вычитающий процесс. Начинает с блока предпочтительного материала и точно режет через и вокруг него множеством режущих головок для создания желаемого 3D-прототипа. Компьютерный код — G-код. Точность измеряется в тысячных долях дюйма, близко к толщине одного волоса. ЧПУ-станки чаще работают со сверлами, токарными и фрезерными станками, последнее — наиболее полезное. Производители могут использовать широкий спектр материалов для ЧПУ в зависимости от продукта.

3D-печать или аддитивное производство — процесс создания 3D-твердых объектов из цифрового CAD-файла. Создание объекта достигается аддитивными процессами: объект создается послойным укладкой материала до полного формирования. Каждый слой можно видеть как тонкое горизонтальное сечение конечного объекта. 3D-печать позволяет производить сложные (функциональные) формы с меньшим материалом, чем традиционные методы.

Использование ЧПУ и 3D-печати в автопроме

ЧПУ-станки манипулируют материалами вроде стали и алюминия для производства множества автозапчастей — поршней двигателя, тормозных дисков, кузовных деталей — с экстремальной точностью. Производители обычно сначала проектируют прототипы на 3D-принтерах, затем передают их в ЧПУ-станок через G-код. Эти ЧПУ-прототипы проходят эксперименты с разными дизайнами, позволяя разработчикам создавать лучший дизайн для максимальной скорости и эффективности. Точность станка также помогает срезать лишний и ненужный вес, делая машины легче и быстрее.

Есть детали и компоненты авто — коробка передач, шасси, приводная ось — настолько сложные по дизайну, что их невероятно трудно обработать и произвести ручным трудом. ЧПУ-обработка и 3D-печать прототипов позволяют производить их за долю времени с высшей эффективностью при правильном кодировании.

Четыре фазы автопроизводства: штамповка, сварка, покраска, сборка — все могут контролироваться и оперироваться ЧПУ-инструментами до точки, где человеческое вмешательство не требуется вовсе. Это видно на новом заводе Tesla, где они почти полностью опираются на автоматизацию, несмотря на публичную критику.

Высококлассные спортивные бренды вроде Bugatti, Pagani, Ferrari зависят от малейших изменений для достижения своих бенчмарков. Вес компонентов и аэродинамика играют большую роль. Здесь ЧПУ-обработка становится экстремально полезной, как и ультралегкое углеродное волокно. Безупречная точность этих станков делает сложные дизайны этих спорткаров возможными, создавая самые быстрые машины, очаровывающие мир.

Новые модели ЧПУ, работающие в 5 осях, ускоряют производство больше всего. Эти инновации решают проблемы компаний вроде Tesla с производственными лимитами, когда спрос превышает предложение.

Обычно большие компании полагаются на ЧПУ для производства, исключая человеческие ошибки. Porsche пошел дальше, спроектировав 911 Spyder полностью в CAD (компьютерное проектирование), форме ЧПУ-обработки.

Хотя ЧПУ-станки существуют десятилетиями, они все еще довольно дороги, поэтому мелкие производители не всегда могут на них полагаться — здесь 3D-принтеры становятся полезны. ЧПУ использует массив режущих головок для множества задач, несущих огромные затраты. Но точность и эффективность ЧПУ несоизмеримы с альтернативами. Посмотрим, как ЧПУ и 3D-печать помогли сделать самый быстрый автомобиль на дороге сегодня.

Koenigsegg Agera R и Agera S — не те, кого назовешь прирученными, скучными машинами: у них 1000+ л.с. и они очень легкие. Несколько лет назад лидер производственной команды Кристиан услышал слухи о том, что готовят Porsche, Ferrari, McLaren. Он хотел быть готовым с чем-то, способным принять вызов.

Koenigsegg One:1 имеет 1360 л.с. при 7500 об/мин (красная зона 8250) и 1000 Н·м (737 lb-ft) крутящего момента от 3000 до 7500 об/мин от пересмотренной версии 5.0-литрового турбированного V8 Koenigsegg. Это много, безумное количество.

Кристиан говорит, они называют One:1 первым в мире «мега-автомобилем». Не потому что он не вписывается в класс, а потому что 1360 л.с. = 1 мегаватт. Можно было сделать больше мощности с большим бустом, но они хотели баланс, дающий больше управляемости и отзывчивости. Цель Кристиана — двигатель, входящий на полную парю ~2500 об/мин, более высокий буст турбины задержал бы это до 4000 об/мин. Кривая момента One:1 просто завораживает. Не совсем плоская, но чертовски близко.

Также используется новая турбина с переменной геометрией с чем-то, чего не слышишь каждый день: внутренности 3D-печатаны. Это помогло достичь нужной формы и снизить вес.

Помимо внутренностей турбины, 3D-печать используется на выхлопном кончике.

Платформа вроде https://www.3dnatives.com — ведущий источник по 3D-печати и аддитивному производству, где можно узнать всё о 3D-печати.

Фактически, этот выхлопной кончик — крупнейшая 3D-печатанная титановая деталь когда-либо. Её производство занимает три целых дня. Для серийного авто это было бы невероятно неэффективно, но для беспокойного производителя вроде Koenigsegg это работает на пользу. Вместо работы со сложными дорогостоящими поставщиками для всего 6 штук, 3D-печать дает им контроль над воркфлоу.

Снаружи монокок выглядит как на Agera, но One:1 использует полностью новую плетение карбона, которое может быть на 40% легче плетения Agera. Фактически, это новое поколение карбона — то же, что на новых болидах Ф-1. Карбон легок как перо и настоящий гейм-чейнджер в этих молниеносных машинах.

Теперь придерживайтесь сиденья, вот где Koenigsegg входит в неизведанные воды. Впервые небольшая компания из Ангельхольма использует активную аэродинамику. На нижней части переднего конца в карбон вырезаны выемки для ослабления. Затем гидравлические актуаторы фактически изгибают карбон и направляют воздух через кузов и наружу через капот. В режиме максимальной скорости клапаны закрыты для снижения прижима и максимальной скрытности.

Передайте карбон, пожалуйста. Всё, да, всё — карбон. Сиденья, колеса, кузов, монокок безопасности, даже солнцезащитные визоры — карбон, что, по словам Кристиана, сэкономило ~100 г на каждом. Суть: может звучать немного, но каждая мелочь считается.

Именно так One:1 весит 1360 кг. И это не сухой вес. С полбаком бензина и всеми жидкостями. По-настоящему удивительный подвиг.

Koenigsegg One, однако, был опережен в прошлом году, когда Bugatti вернул титул самого быстрого авто с запуском Chiron. Чтобы увидеть этого малыша в полете, смотрите видео топ-10 самых быстрых машин https://www.youtube.com/watch?v=73V0Y1HL6G8.

Я бы поставил на Кристиана и его команду, возвращающихся в пол-позицию в следующем году, с ЧПУ-обработкой за рулем.