Một khách hàng bước vào với một giá đỡ bộ pin-và-thép hàn-được đóng dấu và hàn. Nó được làm từ năm mảnh riêng biệt phải được hàn lại với nhau. Ba lô vốn đã nặng, phạm vi di chuyển bị hạn chế và mỗi kg tăng thêm đều tốn năng lượng. Câu hỏi rất đơn giản: liệu chúng ta có thể giữ được sức mạnh và giảm cân cùng một lúc không? Câu trả lời là có. Bằng cách kết hợp tối ưu hóa cấu trúc liên kết vớiIn 3D hợp kim nhôm, các kỹ sư có thể thiết kế lại giá đỡ để vật liệu chỉ ở đúng nơi cần thiết, nhiều bộ phận trở thành một và thành phần cuối cùng nhẹ hơn đáng kể.
Tại sao trọng lượng lại quan trọng đến vậy trong bộ pin EV
Bộ pin thường là bộ phận nặng nhất trong xe điện, thường chiếm 20–25% tổng trọng lượng của xe. Khối lượng tăng thêm làm tăng lực cản lăn, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn khi tăng tốc và làm giảm hiệu quả của phanh tái tạo. Theo nguyên tắc chung của ngành, mỗi 100 kg trọng lượng được tiết kiệm có thể tăng thêm khoảng 15–17 km phạm vi-trong thế giới thực hoặc cải thiện khoảng 5–6 % phạm vi hoạt động để giảm 10% trọng lượng xe.
Chân đế và cấu trúc hỗ trợ là mục tiêu tuyệt vời để giảm nhẹ. Có rất nhiều trong số chúng nằm trong một gói điển hình, chúng có cấu trúc độc lập và chúng không cần phải chịu toàn bộ tải trọng va chạm của vỏ chính. Do đó, việc giảm khối lượng của chúng mang lại lợi ích có thể đo lường được mà không ảnh hưởng đến cấu trúc an toàn chính.
In 3D hợp kim nhôm là gì, bằng tiếng Anh đơn giản?
Nói một cách đơn giản, In 3D hợp kim nhôm tạo nên một bộ phận bằng cách trải các lớp bột nhôm mỏng và nấu chảy chúng bằng tia laser, từng lớp một cho đến khi hoàn thành hình học đầy đủ. Quá trình này còn được gọi là phản ứng tổng hợp bột-laze. Bởi vì vật liệu chỉ được thêm vào khi thiết kế yêu cầu nên các mạng bên trong phức tạp, các hình dạng hữu cơ và hình học hợp nhất đều có thể thực hiện được.
Tại sao AlSi10Mg là sự lựa chọn phổ biến nhất
Bộ phận in 3D AlSi10Mg thống trị các ứng dụng ô tô. Hợp kim mang lại sự cân bằng tốt về độ bền, khả năng đúc-như khả năng in và mật độ tương đối thấp (khoảng 2,67 g/cm³). Sau khi xử lý nhiệt thích hợp, nó mang lại độ bền kéo trong phạm vi 300–350 MPa với độ dẻo có thể sử dụng được, khiến nó phù hợp với các giá đỡ kết cấu.
Nhôm so với thép so với nhôm đúc
Mật độ: AlSi10Mg ≈ 2,67 g/cm³|Thép ≈ 7,8 g/cm³|Nhôm đúc tương tự AlSi10Mg
Độ bền cụ thể: AlSi10Mg in 3D-có khả năng cạnh tranh với nhiều loại thép dựa trên trọng lượng-cho-trọng lượng
Tự do thiết kế: cao hơn nhiều so với đúc hoặc dập, cho phép hình dạng cấu trúc liên kết-được tối ưu hóa mà các phương pháp truyền thống không thể tạo ra
5 cách in 3D giúp khung pin nhẹ hơn
Tối ưu hóa cấu trúc liên kết
Phần mềm loại bỏ vật liệu khỏi các vùng có áp suất thấp{0}}và chỉ để lại vật liệu ở nơi tải di chuyển. Trong các trường hợp đã được công bố, chỉ riêng điều này đã cắt giảm khối lượng khung khoảng 30–50% trong khi vẫn giữ được ứng suất trong giới hạn.
Cấu trúc lưới và rỗng
Lưới bên trong hoặc phần rỗng thay thế phần rắn. Bộ phận này giữ được độ cứng ở những nơi cần thiết nhưng loại bỏ khối lượng không cần thiết. Điều này là không thể với việc dập thông thường.
Hợp nhất một phần
Năm mảnh được đóng dấu mà trước đây cần hàn hoặc bắt vít có thể trở thành một bộ phận được in duy nhất. Ít khớp hơn có nghĩa là khối lượng ít hơn từ ốc vít, mối hàn và mặt bích chồng lên nhau.
Tường mỏng hơn mà không mất độ cứng
Do việc phân bổ vật liệu được tối ưu hóa nên độ dày của thành có thể giảm ở những khu vực{0}tải thấp trong khi các phần quan trọng vẫn chắc chắn. Độ cứng tổng thể được duy trì hoặc thậm chí được cải thiện.
Ít ốc vít hơn, ít lắp ráp hơn
Việc loại bỏ bu lông, đai ốc và mối hàn sẽ loại bỏ cả trọng lượng của chúng cũng như các hoạt động phụ cần thiết để lắp đặt chúng. Việc lắp ráp cuối cùng nhẹ hơn và đơn giản hơn.
Năm đòn bẩy này phối hợp với nhau. Khi áp dụng cho Giá đỡ bộ pin EV nhẹ, hiệu ứng kết hợp thường xuyên giúp giảm trọng lượng từ 20–40% so với thiết kế được đóng dấu hoặc hàn ban đầu.
Nghiên cứu nói gì: Những con số thực về việc giảm cân
Các nghiên cứu đã xuất bản và các trường hợp trong ngành luôn cho thấy mức tiết kiệm hai chữ số. Một khung pin được tối ưu hóa-được đánh giá ngang hàng-được đánh giá{3}}đã đạt được mức giảm khối lượng 49 % trong khi vẫn đáp ứng các mục tiêu về hệ số sức mạnh và{5}}an toàn. Một thành phần khung nhôm ô tô khác được sản xuất bằng phương pháp in kim loại khổ lớn-đã giúp giảm hơn 30% trọng lượng cùng với độ cứng xoắn tăng đáng kể. Các ví dụ của ngành công nghiệp Trung Quốc về pin AlSi10Mg hỗ trợ báo cáo giảm trọng lượng 25% và tăng phạm vi tương ứng vài km.
Nhôm in 3D có đủ bền không?
Có-khi thiết kế được xác thực đúng cách. Khi-AlSi10Mg được chế tạo có thể đạt độ bền kéo 400–460 MPa; vật liệu được xử lý bằng nhiệt-đánh đổi một số sức bền để cải thiện độ dẻo và giảm-ứng suất dư. Các yêu cầu về độ mỏi, độ rung và va chạm vẫn phải được xác minh thông qua mô phỏng và thử nghiệm vật lý, chính xác như với bất kỳ thành phần kết cấu nào khác. Một khi những bài kiểm tra đó được thông qua,In 3D hợp kim nhômđáp ứng mong đợi về độ bền của ô tô.
Nghiên cứu điển hình: Sunhingstones giảm trọng lượng khung như thế nào
Một nhà cung cấp xe điện ở Châu Âu cần một dòng giá đỡ bộ pin-. Thiết kế ban đầu sử dụng các bộ phận bằng thép được đóng dấu được hàn thành-các cụm lắp ráp phụ. Trọng lượng cao, thời gian lắp ráp dài và những thay đổi về thiết kế đòi hỏi phải có dụng cụ mới.
Sunhingstones đã thiết kế lại các giá đỡ bằng cách sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết và in chúng bằng AlSi10Mg. Nhiều phần được hợp nhất thành các thành phần đơn lẻ, các mạng bên trong được đưa vào các vùng không-quan trọng và hình học tổng thể đã được tinh chỉnh để có thể in được.
Kết quả trong đợt dự định sản xuất đầu tiên:
Trọng lượng giảm khoảng 32% so với cụm thép ban đầu
Số phần riêng biệt được cắt từ năm xuống còn một
Thời gian lắp ráp giảm hơn một nửa
Hiệu suất cơ học (độ bền tĩnh và độ rung) đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của khách hàng sau khi xử lý nhiệt và gia công các bề mặt quan trọng
Thời gian thực hiện từ khi thiết kế được phê duyệt đến các mẫu chức năng đầu tiên là dưới ba tuần. Quy trình tương tự được mở rộng sang sản xuất hàng loạt-với khối lượng thấp mà không cần công cụ mới.
Khi in 3D có ý nghĩa (và khi nào thì không)
In 3D hợp kim nhômlà một lựa chọn mạnh mẽ khi:
Khối lượng thấp đến trung bình (hàng chục đến vài nghìn bộ phận mỗi năm)
Hình học phức tạp hoặc thường xuyên được thiết kế lại
Hợp nhất bộ phận hoặc tối ưu hóa cấu trúc liên kết có thể mang lại lợi ích rõ ràng về trọng lượng hoặc lắp ráp
Chi phí dụng cụ cho các phương pháp truyền thống cao so với số lượng bộ phận
Đây thường không phải là tuyến đường rẻ nhất khi:
Khối lượng rất cao và hình học đơn giản
Dụng cụ dập hoặc đúc hiện có đã được khấu hao
Bộ phận không được hưởng lợi từ cấu trúc bên trong phức tạp
Một người có kinh nghiệmNhà sản xuất in 3D kim loạisẽ cho bạn biết một cách trung thực bạn đang ở trong tình huống nào.
Cách chọn nhà sản xuất in 3D nhôm
Hãy tìm những khả năng sau:
Kinh nghiệm đã được chứng minh về AlSi10Mg và bột cấp ô tô-
-Mật độ trong nhà, độ bền kéo và (tốt nhất) là kiểm tra CT
Xử lý nhiệt, giảm ứng suất và khả năng gia công thứ cấp
Khả năng cung cấp phản hồi về thiết kế-cho-phụ gia-sản xuất (DFM) và hỗ trợ tối ưu hóa cấu trúc liên kết-
Lộ trình rõ ràng từ nguyên mẫu đến sản xuất-số lượng thấp
Một nhà cung cấp đã sản xuất Giá đỡ bộ pin EV nhẹ và các thành phần nhôm kết cấu khác sẽ rút ngắn chu kỳ phát triển của bạn và giảm rủi ro kỹ thuật.
Câu hỏi thường gặp
In 3D có thể tiết kiệm bao nhiêu trọng lượng cho khung pin?
Mức tiết kiệm thông thường dao động từ 20% đến 40% so với thiết kế thép dập hoặc thép hàn khi áp dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết và hợp nhất bộ phận. Các trường hợp cực đoan đã đạt tới gần 50%.
Nhôm in 3D có bền như nhôm gia công không?
Khi được chế tạo và xử lý nhiệt, AlSi10Mg đạt đến mức độ bền tương đương với nhiều hợp kim nhôm thông thường. Điều quan trọng là kiểm soát quy trình, xử lý nhiệt và xác nhận thích hợp cho các trường hợp tải cụ thể.
Mất bao lâu để có được mẫu dấu ngoặc in?
Từ dữ liệu CAD đã được phê duyệt, các mẫu chức năng thường có sẵn sau 1–3 tuần, tùy thuộc vào kích thước, số lượng và các yêu cầu-xử lý hậu kỳ.
Bạn có thể thực hiện các lô nhỏ để thử nghiệm không?
Đúng. Các đợt sản xuất-với khối lượng thấp gồm hàng chục hoặc hàng trăm bộ phận là trường hợp sử dụng tiêu chuẩn cho quá trình sản xuất bồi đắp kim loại.
Bạn cần trích dẫn file gì?
Mô hình CAD 3D (ưu tiên STEP) cùng với mọi trường hợp tải, kích thước quan trọng, yêu cầu-hoàn thiện bề mặt và thông tin về số lượng thường đủ cho báo giá đầu tiên và đánh giá DFM.
Sẵn sàng để làm nhẹ bộ pin của bạn?
Gửi cho chúng tôi thiết kế khung hiện tại hoặc mô hình 3D của bạn. Chúng tôi sẽ đánh giá khả năng tiết kiệm trọng lượng-, đề xuất cấu trúc liên kết hoặc cơ hội hợp nhất và đưa ra báo giá rõ ràng cùng với kế hoạch sản xuất thực tế. In 3D bằng hợp kim nhôm là một trong những phương pháp thiết thực nhất hiện nay nhằm giảm khối lượng trong cấu trúc bộ pin EV-mà không làm giảm hiệu suất.