賽車運動是汽車工業(yè)發(fā)展的風向標。為了贏得比賽，汽車制造商會將最好的科技、材料用于參賽車輛的制造。賽車制造中所應用的制造技術總是高于同期的民用車輛，在未來部分賽車制造中所用的科技將在民用車輛制造中應用。

長期致力于賽車零部件制造與創(chuàng)新的Spyros Panopoulos 團隊，通過其專利技術與先進材料，研發(fā)了用于極限賽車運動的渦輪增壓器、葉輪、活塞等動力總成零部件。經(jīng)過多年發(fā)展，在技術創(chuàng)新的道路上， Panopoulos 團隊融入了3D打印技術與創(chuàng)成式設計，并通過這些技術為賽車、超級跑車減重與提升動力性能提供技術上的加持。

值得期待的是，在Panopoulos 團隊開展的超級跑車開發(fā)項目中，應用了多種3D打印零部件，包括碳纖維3D打印連桿、陶瓷3D打印活塞等極具創(chuàng)新性的零部件，這款跑車將在2021年日內(nèi)瓦車展上亮相。

本期，3D科學谷將與谷友一起搶先看來自賽車制造團隊的3D打印前沿應用，并回顧民用汽車制造領域取得的3D打印應用進展。

block 追求極致的輕量化

賽車與飛機零部件制造團隊Spyros Panopoulos 開展了一個超級跑車開發(fā)項目“Chaos”，該項目包括兩種不同配置的超級跑車。兩種版本的相同之處為，均配備4升V10鋁合金發(fā)動機，發(fā)動機具有20個噴油器，40個氣門，鈦合金曲軸，鈦/鉻鎳鐵合金氣門，以及由碳纖維和鈦合金制造的大型雙渦輪增壓器，該渦輪增壓器的渦輪由陶瓷復合材料制造。

其中一種配置的跑車安裝了鈦合金3D打印活塞和連桿，可加速至11,000 rpm，并具有2,000馬力的動力。

3D打印碳纖維連桿與陶瓷活塞。來源：Spyros Panopoulos

另一種配置的跑車，發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高至12,000 rpm。這款跑車安裝了碳纖維連桿和3D打印的陶瓷復合材料活塞。陶瓷復合材料以高強度、重量輕、硬度和幾乎完全的抗熱膨脹性著稱，而能夠作為航天飛機制造中使用的材料。該跑車的最高功率不低于3,000馬力。

根據(jù)3D科學谷的市場觀察，Spyros Panopoulos 團隊早在1997年就致力于制造極限賽車中的連桿、渦輪增壓器、氣門、發(fā)動機缸體，以及飛輪和完整發(fā)動機。使用新材料、先進制造技術以及設計方式，是他們在賽車動力總成零部件制造中保持創(chuàng)新活力和突破車輛極限動力的推動力。Panopoulos 團隊獲得了眾多創(chuàng)新、專利技術和成就。

例如在新材料應用方面，Panopoulos 團隊曾在2015年，將Tennalum合金材料用于賽車制造，這種合金具有高達700 MPa的屈服強度（比7075合金高出30％以上），良好的延展性。以及與7075相似的耐腐蝕性以及其他對高性能組件/設備設計人員有利的功能。在強度/重量比方面，Tennalum比7075高33％。

Gen2專利技術制造的葉輪。來源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團隊擁有渦輪增壓葉輪設計與制造的專利技術-Gen2，采用該技術制造的葉輪具有10個葉片，材料為“超級合金970 mpa”，該材料比鈦Ti6AL4v重量輕43％，但強度高35％。這一渦輪增壓器壓氣機葉輪，在空氣動力學方面得到了革命性的改進，其初級葉片的徑向向內(nèi)的部分向上掃入壓氣機的上部區(qū)域。得益于優(yōu)化的幾何形狀，其性能提高了35-80％。2016年，該團隊將碳纖維壓縮機蓋用于渦輪增壓器中，并采用Gen2專利技術制造碳纖維和勞倫纖維復合材料的渦輪增壓器葉輪，這些復合材料比鋁輕8-10倍。

近年來，Panopoulos 展開了對下一代材料、增材制造以及創(chuàng)成式設計方式的研究。2019年，他們在這一領域取得了顯著進展。

3D打印碳纖維連桿。來源：Spyros Panopoulos

上圖是3D打印碳纖維連桿，也是“Chaos”項目其中一款跑車中安裝的連桿。下圖是Panopoulos 開發(fā)設計的賽車3D打印活塞，材料包括H13不銹鋼和Ti6AL4v鈦合金 。

3D打印活塞設計。來源：Spyros Panopoulos

3D打印鈦合金連桿、活塞。來源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團隊開發(fā)了面向增材制造汽車零部件開發(fā)的創(chuàng)成式設計軟件”anadiaplasi”，并通過anadiaplasi設計了一系列3D打印零部件，包括3D打印陶瓷、鈦合金材料的連桿、活塞，以及安全性部件制動鉗。

3D打印制動鉗。來源：Spyros Panopoulos

3D打印與創(chuàng)成式設計所實現(xiàn)的輕量化，是提高超級跑車動力的重要砝碼之一。根據(jù)Panopoulos，其團隊對首款量產(chǎn)跑車的減重目標是總車重小于1,150千克，每減少一公斤重量可產(chǎn)生超過2馬力的動力，他們已為時速超過500 公里/小時的空氣動力學性能做好準備，在加速度方面，他們的技術已為時間2秒內(nèi)加速至100公里/小時，7秒內(nèi)加速至400公里/小時做好準備。

以上仍不是“Chaos”超級跑車的全貌，預計在20201年的日內(nèi)瓦車展上，將可以看到它的全部科技。除了以上這些通過anadiaplasi創(chuàng)成式軟件設計的3D打印零部件，還將看到錯綜復雜的LED剎車燈陣列、3D打印鈦合金排氣管，碳纖維車身，以及由一種熱固性材料制造的一體式底盤，這是一種可用于制造防彈衣的材料，其強度是芳綸的1.6倍。

賽車運動是汽車工業(yè)發(fā)展的風向標。為了贏得比賽，汽車制造商會將最好的科技、材料用于參賽車輛的制造。賽車制造中所應用的制造技術總是高于同期的民用車輛，在未來部分賽車制造中所用的科技將在民用車輛制造中應用。

長期致力于賽車零部件制造與創(chuàng)新的Spyros Panopoulos 團隊，通過其專利技術與先進材料，研發(fā)了用于極限賽車運動的渦輪增壓器、葉輪、活塞等動力總成零部件。經(jīng)過多年發(fā)展，在技術創(chuàng)新的道路上， Panopoulos 團隊融入了3D打印技術與創(chuàng)成式設計，并通過這些技術為賽車、超級跑車減重與提升動力性能提供技術上的加持。

值得期待的是，在Panopoulos 團隊開展的超級跑車開發(fā)項目中，應用了多種3D打印零部件，包括碳纖維3D打印連桿、陶瓷3D打印活塞等極具創(chuàng)新性的零部件，這款跑車將在2021年日內(nèi)瓦車展上亮相。

本期，3D科學谷將與谷友一起搶先看來自賽車制造團隊的3D打印前沿應用，并回顧民用汽車制造領域取得的3D打印應用進展。

block 追求極致的輕量化

賽車與飛機零部件制造團隊Spyros Panopoulos 開展了一個超級跑車開發(fā)項目“Chaos”，該項目包括兩種不同配置的超級跑車。兩種版本的相同之處為，均配備4升V10鋁合金發(fā)動機，發(fā)動機具有20個噴油器，40個氣門，鈦合金曲軸，鈦/鉻鎳鐵合金氣門，以及由碳纖維和鈦合金制造的大型雙渦輪增壓器，該渦輪增壓器的渦輪由陶瓷復合材料制造。

其中一種配置的跑車安裝了鈦合金3D打印活塞和連桿，可加速至11,000 rpm，并具有2,000馬力的動力。

3D打印碳纖維連桿與陶瓷活塞。來源：Spyros Panopoulos

另一種配置的跑車，發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高至12,000 rpm。這款跑車安裝了碳纖維連桿和3D打印的陶瓷復合材料活塞。陶瓷復合材料以高強度、重量輕、硬度和幾乎完全的抗熱膨脹性著稱，而能夠作為航天飛機制造中使用的材料。該跑車的最高功率不低于3,000馬力。

根據(jù)3D科學谷的市場觀察，Spyros Panopoulos 團隊早在1997年就致力于制造極限賽車中的連桿、渦輪增壓器、氣門、發(fā)動機缸體，以及飛輪和完整發(fā)動機。使用新材料、先進制造技術以及設計方式，是他們在賽車動力總成零部件制造中保持創(chuàng)新活力和突破車輛極限動力的推動力。Panopoulos 團隊獲得了眾多創(chuàng)新、專利技術和成就。

例如在新材料應用方面，Panopoulos 團隊曾在2015年，將Tennalum合金材料用于賽車制造，這種合金具有高達700 MPa的屈服強度（比7075合金高出30％以上），良好的延展性。以及與7075相似的耐腐蝕性以及其他對高性能組件/設備設計人員有利的功能。在強度/重量比方面，Tennalum比7075高33％。

Gen2專利技術制造的葉輪。來源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團隊擁有渦輪增壓葉輪設計與制造的專利技術-Gen2，采用該技術制造的葉輪具有10個葉片，材料為“超級合金970 mpa”，該材料比鈦Ti6AL4v重量輕43％，但強度高35％。這一渦輪增壓器壓氣機葉輪，在空氣動力學方面得到了革命性的改進，其初級葉片的徑向向內(nèi)的部分向上掃入壓氣機的上部區(qū)域。得益于優(yōu)化的幾何形狀，其性能提高了35-80％。2016年，該團隊將碳纖維壓縮機蓋用于渦輪增壓器中，并采用Gen2專利技術制造碳纖維和勞倫纖維復合材料的渦輪增壓器葉輪，這些復合材料比鋁輕8-10倍。

近年來，Panopoulos 展開了對下一代材料、增材制造以及創(chuàng)成式設計方式的研究。2019年，他們在這一領域取得了顯著進展。

3D打印碳纖維連桿。來源：Spyros Panopoulos

上圖是3D打印碳纖維連桿，也是“Chaos”項目其中一款跑車中安裝的連桿。下圖是Panopoulos 開發(fā)設計的賽車3D打印活塞，材料包括H13不銹鋼和Ti6AL4v鈦合金 。

3D打印活塞設計。來源：Spyros Panopoulos

3D打印鈦合金連桿、活塞。來源：Spyros Panopoulos

Panopoulos 團隊開發(fā)了面向增材制造汽車零部件開發(fā)的創(chuàng)成式設計軟件”anadiaplasi”，并通過anadiaplasi設計了一系列3D打印零部件，包括3D打印陶瓷、鈦合金材料的連桿、活塞，以及安全性部件制動鉗。

3D打印制動鉗。來源：Spyros Panopoulos

3D打印與創(chuàng)成式設計所實現(xiàn)的輕量化，是提高超級跑車動力的重要砝碼之一。根據(jù)Panopoulos，其團隊對首款量產(chǎn)跑車的減重目標是總車重小于1,150千克，每減少一公斤重量可產(chǎn)生超過2馬力的動力，他們已為時速超過500 公里/小時的空氣動力學性能做好準備，在加速度方面，他們的技術已為時間2秒內(nèi)加速至100公里/小時，7秒內(nèi)加速至400公里/小時做好準備。

以上仍不是“Chaos”超級跑車的全貌，預計在20201年的日內(nèi)瓦車展上，將可以看到它的全部科技。除了以上這些通過anadiaplasi創(chuàng)成式軟件設計的3D打印零部件，還將看到錯綜復雜的LED剎車燈陣列、3D打印鈦合金排氣管，碳纖維車身，以及由一種熱固性材料制造的一體式底盤，這是一種可用于制造防彈衣的材料，其強度是芳綸的1.6倍。