2021年，德國埃斯林根應用科學(xué)大學(xué)E-Stall大學(xué)生方程式賽車(chē)團隊采用易加三維增材制造技術(shù)成功改善電動(dòng)賽車(chē)電動(dòng)傳動(dòng)系統及電子設備冷卻系統。

      E-Stall賽車(chē)團隊設計并制造了一款電動(dòng)賽車(chē)來(lái)參加德國大學(xué)生方程式賽車(chē)。在整個(gè)賽車(chē)的制作過(guò)程中，E-Stall團隊使用易加三維的增材制造設備對賽車(chē)的3大組件進(jìn)行大規模改進(jìn)，其中2個(gè)是熱交換器，使用EP-M260設備打印出高精度鋁制零部件，極大的提升了賽車(chē)在運行過(guò)程中散熱效率，提高了賽車(chē)的整車(chē)性能。

3D打印冷卻套

德國大學(xué)生方程式賽車(chē)？

      德國大學(xué)生方程式賽車(chē)（Formula Student Germany）創(chuàng )辦于2005年，在位于萊茵河流域的霍根海姆舉辦。這一被稱(chēng)為“全世界水平最高、規模最大”的大學(xué)生方程式賽車(chē)已成功舉辦16屆，大賽受全世界廣泛關(guān)注，奧迪，寶馬等知名企業(yè)紛紛贊助了此項賽事。

      比賽要求按賽事規則和賽車(chē)制造標準，設計并制造一輛在加速、制動(dòng)、操控性等方面具有優(yōu)異表現的小型單人座休閑賽車(chē)，能夠完成全部或部分賽事環(huán)節的比賽。為了給予參賽車(chē)隊最大的設計靈活性和自由度來(lái)發(fā)揮他們的創(chuàng )造力和想象力，賽事對賽車(chē)的整體設計只有少量限制。舉辦方通過(guò)搭建公共平臺對參賽車(chē)隊進(jìn)行全方位考核，旨在提高學(xué)生們的設計、制造、成本控制、商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)、溝通與協(xié)調等五方面的綜合能力。

這意味著(zhù)，德國大學(xué)生方程式賽車(chē)比賽，將不僅僅是賽道上速度的比拼，更像是商場(chǎng)中的較量。他們需要像汽車(chē)廠(chǎng)商那樣去思考，考慮賽車(chē)的受眾群體，思考賽車(chē)的經(jīng)濟適用性及推廣性，在滿(mǎn)足市場(chǎng)競爭格局的情況下制造出價(jià)格更低廉、加速性能更優(yōu)越、制動(dòng)效果更好、操控性更舒適的賽車(chē)。同時(shí)，也需要考慮賽車(chē)整體的美觀(guān)性、駕駛舒適度、零部件置換等諸多方面。

整個(gè)賽制評審團隊由賽車(chē)運動(dòng)、汽車(chē)領(lǐng)域及相關(guān)供應商專(zhuān)家三部分組成，他們將根據各個(gè)賽車(chē)團隊的造車(chē)程序、成本規劃、銷(xiāo)售計劃、賽車(chē)速度、賽道表現等多個(gè)維度綜合評分，從而評定出該賽季的佼佼者。

關(guān)于E-Stall

      E-Stall已經(jīng)連續多年參加德國大學(xué)生方程式賽車(chē)，是該賽車(chē)項目的重要參與者與推動(dòng)者。根據前幾個(gè)賽季的經(jīng)驗總結，他們在本賽季對電動(dòng)賽車(chē)的冷卻系統進(jìn)行改造升級以提升賽車(chē)性能。E-Stall團隊先前使用的冷卻套由耐溫聚合物制成，直接安裝在由兩個(gè)外殼組成的電驅動(dòng)周?chē)?。冷卻套的作用是調節驅動(dòng)器的溫度并防止過(guò)熱，如果沒(méi)有足夠的冷卻，電機發(fā)生損壞的風(fēng)險相當高。使用聚合物冷卻夾套期間，溶液容易發(fā)生泄漏，影響了賽車(chē)的整體性能且易發(fā)生安全事故。

      在電動(dòng)四輪驅動(dòng)賽車(chē)中，電機的功率密度高達10kW/kg，在沒(méi)有冷卻的情況下，電機滿(mǎn)載運轉時(shí)時(shí)會(huì )發(fā)生過(guò)熱現象，所以高性能電機必須冷卻才能保證賽車(chē)的正常運行。該賽車(chē)有兩個(gè)冷卻回路，每側一個(gè)，為四個(gè)電機以及相應的逆變器提供冷卻散熱。E-Stall團隊通過(guò)使用易加三維EP-M260雙激光打印鋁合金冷卻套，在有效提升散熱效率的同時(shí)解決了冷卻部件的泄漏問(wèn)題，顯著(zhù)提高賽車(chē)駕駛性能及安全系數。

      基于金屬增材制造技術(shù)，E-Stall團隊可以嘗試設計冷卻回路更為復雜、散熱效果更好的賽車(chē)散熱器，為整體賽車(chē)水平的提升提供了可能，這是傳統工藝無(wú)法實(shí)現的。

      E-Stall團隊介紹說(shuō)：3D打印冷卻套是一種高效可靠的產(chǎn)品。我們能夠創(chuàng )建復雜的結構，這在任何傳統方式下都是不可想象的。借助易加三維最新增材制造技術(shù)，高精度打印實(shí)現減少壁厚，減小了零件的總體尺寸?！?/span>

逆變器冷卻性能改進(jìn)

      同時(shí)，在冷卻套旁邊，易加三維支持E-Stall為其逆變器和轉向部件配備了冷卻板。兩者都實(shí)現了幾個(gè)組件的功能集成、輕量級設計和整體性能改進(jìn)。

冷卻套散熱

      由于冷卻系統、連接器和安裝的功能集成，節省了組裝步驟，故障保護設計不再容易發(fā)生泄漏。零件的最小壁厚有助于減小總直徑，從而為電機周?chē)钠渌麘壹懿考?chuàng )造更多空間。

      高精度高質(zhì)量3D打印零部件對其功能發(fā)揮至關(guān)重要。對于逆變器而言，高精度壓裝式冷卻套與冷卻板的平直度同樣重要。這兩個(gè)部件都可以很好地實(shí)現其功能，并將電機和逆變器保持在65°C以下，根據E-Stall團隊的說(shuō)法，這是一個(gè)“難以置信的好結果”。對比上一次賽季，電機運行溫度達到120°C。由此可見(jiàn)，易加三維增材制造設備在滿(mǎn)足復雜化結構設計的同時(shí)，可打印出高精度、高質(zhì)量、輕量化等工藝優(yōu)勢的零部件。

冷卻夾套流動(dòng)模擬

      冷卻套的設計允許3,8kW的模擬冷卻能力。由于部件溫度較低，它們可以更高效地工作，從而使整個(gè)汽車(chē)的行駛范圍更長(cháng)，加速性能也更高。

取得的成績(jì)

      基于出色的零部件和整體性能工程設計以及整個(gè)E-stall團隊的奉獻精神，他們在捷克和阿爾卑斯阿德里亞的工程設計競賽中獲得了第四名。動(dòng)力傳動(dòng)與車(chē)輛動(dòng)力學(xué)項目經(jīng)理Felix Wenzelburger介紹說(shuō)，“這門(mén)學(xué)科是檢驗團隊設計賽車(chē)能力和評估團隊知識儲備的重要學(xué)科之一?！?/span>

      在克羅地亞，他們完成了耐力項目，并獲得了效率類(lèi)別的第一名。成功完成一場(chǎng)耐力賽是一項至高無(wú)上的榮譽(yù)，每個(gè)大學(xué)生方程式賽車(chē)團隊均以此為目標。耐力賽是一項高強度、高壓力、持久性賽車(chē)運動(dòng)項目，最大極限的測試并驗證了賽車(chē)整車(chē)及零部件性能，成功挑戰對賽車(chē)團隊具有里程碑意義。耐力賽驗證了通過(guò)金屬增材制造工藝生產(chǎn)的熱交換器的高度可靠性和穩定性。E-stall團隊表示，他們未來(lái)會(huì )繼續與易加三維保持深入合作，加大增材制造技術(shù)在輕量級零部件及關(guān)鍵性能零部件的應用拓展。

3D打印轉向機殼體