面向增材制造的制动钳设计探索
日本山一特殊钢公司（YAMAICHI Special Steel）的增材制造部门对制动钳进行了重新设计。重新设计的制动钳所使用的制造工艺为选区激光熔化3D打印技术，增材制造工艺释放了设计自由度，重新设计的制动钳能够在实现减重的基础上集成热交换结构，并且增加压力油路的供油方向。这一设计案例对汽车安全部件设计优化与创新具有一定参考意义，本期3D科学谷将进行分享。
面向增材制造而设计的制动钳。来源：YAMAICHI Additive
有限空间内实现减重与功能集成
YAMAICHI在重新设计中应用了拓扑优化技术，并在制动钳中集成了面向增材制造的TPMS 结构。此外，YAMAICHI 在设计中添加了优化的压力损失油路。考虑到制动钳在工作时可能遇到砾石撞击之类的环境因素，YAMAICHI 在制动钳下方增加了防止撞击损坏的防护面。
拓扑优化的制动钳。来源：YAMAICHI Additive
TPMS 为三重周期性最小表面（TPMS），对于结构应用而言，该设计显示出高强度重量比。该设计如果与增材制造技术结合使用，将使设计师能够创建兼具高强度和散热特性的多功能结构。
集成热交换结构的制动钳。来源：YAMAICHI Additive
而根据YAMAICHI披露的设计方案，他们的确设计了一款集成热交换结构的制动钳，热交换结构的作用是在制动周期内对制动钳进行冷却，空气流能够穿过冷却通风口并加快冷却过程。采用这一设计的制动钳比传统设计减轻了40％的重量。
这款制动钳的另外一个设计创新是压力油路。通常，压力油路中只有一个向制动钳活塞供油的方向，但设计优化后，有五个方向向卡钳活塞供油，这一设计有助于在活塞表面上产生更好的压力分布。
拓扑优化和油路优化的设计结果。来源：YAMAICHI Additive
YAMAICHI 团队在进行制动钳优化时，所面向的制造工艺是基于粉末床激光熔化的增材制造工艺，材料为AlSi10Mg。
Review
金属3D打印技术多被应用于制造复杂的结构件，但用于制造制动钳这样的安全件是存在质疑的领域。然而，跑车制造商布加迪与其合作伙伴为Chiron跑车开发的3D打印钛合金制动钳，对这些质疑做了有力的回应。
Chiron是目前最强力，最快的超级跑车之一，具有出色的加速性能，从0 加速到375 km/h，减速至80 km/h要求不超过42秒，而出色的性能对轻量化和强劲的发动机提出了极高要求，也对刹车系统的性能提出更高要求。
布加迪与其合作伙伴开发的3D打印钛合金制动钳，在减重、性能、强度上实现了很好的结合。3D打印钛合金制动钳，长41厘米，宽21厘米，高13.6厘米，重量只有2.9公斤。与之前使用的重量为4.9公斤的铝制部件相比，布加迪可以通过使用新的钛合金部件确保更高的强度，并且使制动卡钳的重量减轻约40％。
布加迪3D打印制动钳极限测试（图片来源：百度）
布加迪已对这一3D打印的新型八活塞整体式制动钳进行了性能测试。3D打印钛合金制动钳能够以375 km / h的速度应对极强度、刚度和温度要求，制动力为1.35g，制动盘温度高达1,100°C。3D打印制动钳的抗拉强度为1250 N / mm2，材料密度超过99.7％。性能测试更是进一步揭示了这一创新的产业化前景。
(责任编辑：admin)
CONTEXT最新市场报告：入
增材制造研究报告：钛粉市
AM Research报告：2024年
生物打印前沿：奥地利初创
瑞典初创企业Nobula接受3D
到2033年，陶瓷3D打印市场
中南大学在增材制
美国应用科学技术
2023年美国3D打印
浅谈3D打印技术的
据SmarTech评估，
12位福布斯技术专
