從方向盤和儀表板到進氣口，3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮作用，為許多方程式SAE團隊尋求改善他們的賽車。 在最近由Carbon發(fā)表的一個新案例研究中，我們了解到加利福尼亞州立大學薩克拉門托校區(qū)附屬的學生工程組織Hornet Racing去年如何利用其3D打印和端到端數(shù)字設(shè)計功能，改造其競賽賽車的進氣歧管，改善發(fā)動機的性能。

每年為國際汽車工程師協(xié)會（SAE）比賽設(shè)計，建造，測試和比賽一輛方程式賽車，一個座位和一個開放式的設(shè)計，除了最后的決賽 大學團隊之間的競賽，挑戰(zhàn)參與者提出創(chuàng)造性的解決方案，工程和設(shè)計問題。

車隊使用的是一款4缸本田CBR600RR系列發(fā)動機，每個發(fā)動機都有獨立的節(jié)氣門體。盡管這些車身有助于最大限度地提高發(fā)動機性能，但方程式SAE設(shè)計挑戰(zhàn)指導方針規(guī)定，必須用單一節(jié)氣門代替，并配有限制發(fā)動機功率輸出的直徑限制器。雖然這看起來可能是違反直覺的，但這個規(guī)則是有原因的 - 挑戰(zhàn)學生團隊重新思考引擎的設(shè)計和工程。

進氣歧管對于汽車的性能是至關(guān)重要的，因為它為汽缸提供了空氣和燃料的混合物。在過去的幾年里，“大黃蜂”賽車傳統(tǒng)發(fā)動機一直在穩(wěn)步順暢的推進車隊的問題。當油門壓到地板上時，氣流不暢導致非線性功率輸送，從而導致延遲。其大部分組件是鋁，必須焊接在一起，而碳纖維模具則用于其余部分。

傳統(tǒng)的制造提供了一些設(shè)計上的局限性，例如發(fā)動機性能問題，如不均勻的空氣分布，由于設(shè)計迭代速度慢，只能使用基本的零件幾何形狀。另外，由于將傳統(tǒng)進氣歧管組裝在一起涉及許多復雜的步驟和小的部件，因此存在很大的誤差空間。因此，車隊決定檢修2017年賽車的組件設(shè)計，使其更簡單。

重新設(shè)計的目標包括：

減少歧管的整體重量，以促進改善處理特性

優(yōu)化氣流以獲得更好的發(fā)動機性能

將燃油噴射器端口集成到進氣流道底部，使流動湍流最小化

創(chuàng)建可以促進最小邊界層形成的組件，實現(xiàn)平穩(wěn)的氣流

Hornet Racing的團隊成員很快意識到，傳統(tǒng)的制造方法太昂貴了，甚至可能無法完成改進，所以他們使用了Carbon專有的數(shù)字光合成（DLS）技術(shù)和RPU 70材料來克服設(shè)計挑戰(zhàn)，完成新的進氣歧管。

通過利用DLS和3D打印技術(shù)所能達到的復雜幾何形狀，車隊能夠?qū)⑦M氣歧管設(shè)計完全重新設(shè)計成耐用部件，隨時可放入發(fā)動機并優(yōu)化賽車的性能。

“大黃蜂賽車的新設(shè)計的核心是一個只有7英寸長的“燈泡”，取代了兩英尺長的散流器和大風量（超過半加侖容積），“Carbon解釋道。 “受超音速噴氣式發(fā)動機震動錐體的啟發(fā)，基于形狀調(diào)節(jié)進氣口，團隊通過在球形結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計釘狀流動裂縫，將擴散器和增壓室的功能相結(jié)合?！?/span>

這個尖峰允許氣流在一個擴散器，這只是傳統(tǒng)的長度的30％，使團隊擺脫傳統(tǒng)的充氣優(yōu)化。 此外，它有一個凹坑模式，類似于一個高爾夫球，它可以將空氣直接送入進氣道而不會損失速度。 3D打印的進氣歧管制造迅速，沒有工具成本或時間限制，并且可以幫助賽車的發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到14,000 RPM的原始紅線：與傳統(tǒng)進氣歧管相比，性能提高了43％。

秒殺結(jié)構(gòu)并不是使用Carbon的DLS技術(shù)而獲得的唯一優(yōu)勢。通過將燃料噴射器端口整合到進氣道基座中，焊接接頭的數(shù)量急劇下降，這有助于最小化流動湍流并使發(fā)動機性能最大化。

定制的錐形直徑進氣流道管有助于氣缸內(nèi)更平滑的氣流，這意味著更為一致的動力輸送。最后，通過與Carbon合作開發(fā)更緊湊，更簡單的設(shè)計，并使用RPU材料，3D打印進氣歧管實現(xiàn)了50％的重量減輕，從而提高了賽車的操控性。

如果所有這些解釋都不足以說服大黃蜂賽車從賽車的DLS技術(shù)中受益的方式多種多樣，那么其表現(xiàn)的結(jié)果可能來自世界各地的80支大學球隊，去年的HR2017賽車排在第16位總體而言，給予大黃蜂賽車隊最好的CSU薩克拉門托競爭力的完成。

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