Bejárat > Ínyencségek > A 3d-nyomtatott hajtórúdról

A 3d-nyomtatott hajtórúdról

2019. december 30.

Nem régi a történet, amikor futótűzként szaladt körbe az autós sajtóban a műanyagból 3D-nyomtatással készült, nagyteljesítményű hajtórúd híre. Ennek kapcsány most egy kicsit az anyag-hozzáadásos technológiát boncolgatnám egy szösszenet erejéig.

3D-nyomtatott hajtórúd?

3D-nyomtatott hajtórúd?

Valójában nem az a kérdés, hogy a hírben szereplő hajtórúd képes-e közel 3000 lóerőt és 15000 rpm-et kiszolgálni károsodás nélkül, hanem az, hogy 3D nyomtatás technológiájával milyen anyagból és hogyan képes? A foglalkozásomból fakadóan átlagemberhez képest meglehetősen mélyen van lehetőségem rálátni a 3D nyomtatás technológiájára és számos elkészített alkatrész példáján gyakorlati oldalról is megismerni. Eme tudásomat és tapasztalatomat osztanám most meg a szóban forgó hajtórúd apropóján.

No tehát, a 3D-nyomtatás egy igen lényeges pontban tér el az eddigiekben szokásos gyártási technológiáktól. Még pedig abban, hogy ez nem anyageltávolításos technológia.

A 3D-nyomtatás ANYAG-HOZZÁADÁSOS technológia

Mit jelent ez? A hagyományos technológiáknál jobb esetben is csak képlékenyalakítással formáztuk ki a kívánt geometriát (hajlítás, kovácsolás, stb), de sokkal inkább jellemző az anyagleválasztás (mindenféle forgácsolás). Ezzel szemben a 3D-nyomtatás techológiájánál viszont nulláról építjük a darabot, és csak oda teszünk anyagot, ahol geometriailag vagy szilárdságilag szükség van rá. Máshová teljesen felesleges.

Hajtórúd analízis

Hajtórúd analízis

A hagyományosan alkalmazott technológiáknál, így a tervezésnél alakították ki úgy a geometriát, hogy a legkevesebb anyagból képes legyen megvalósítani azt a funkciót, amire szükség van, és mindet pedig gyártható módon érjék el. De így szilárdságilag bizonyos helyeken teljesen kihasználatlanul alulterhelt az anyag; míg máshol pedig közel a maximális terhelhetőségével vesszük igénybe.

Ezzel szemben a 3D-nyomtatásnál viszont meg tudjuk valósítani azt, hogy CSAK ODA TESZÜNK ANYAGOT, AHOL VALÓBAN SZÜKSÉG VAN RÁ, így a teherviselő keresztmetszetekt meg tudjuk valósítani a közel homogén, vagy épp a terhelés szempontjából legideálisabb feszültségeloszlást. És ezzel karöltve a további legnagyobb hozadéka a dolognak, hogy elérhető az abszolút minimális anyagmennyiség felhasználása az adott igénybevétel elviselésére.

MTB hajtókar

MTB hajtókar

Aki bringázott, tudja, hogy a kétezres években, amikor megjelent az üreges hajtókar, mekkora “rocket science” volt. Úgy üreges egy hajtókar, hogy nincs is rajta lyuk sehol?!? Ott ezt még képlékenyalakítással érték el. Így lett kevebb anyagból merevebb alkatrész. Valahogy így nézett ki az a képlékeny-alakítással elkészített hajtókar. Ez már kezdte azt a szemléletet követni, hogy csak oda tegyünk anyagot, ahol valóban ki is tudjuk használni azt. Hisz ahol nem tudjuk kihasználni, ott feleslegesen van anyag. Aminek súlya van és cipelni kell.

Anélkül, hogy most elmerülnék a 3D-nyomtatás meglepően hosszú és szerteágazó történetében, visszakanyarodnék a szóban/cikkben forgó hajtórúd kérdéséhez. Tehát a 3D-nyomtatás nagyon meglepő sebességgel fejlődik. Amihez a műanyagiper fejlődése csak további lehetőségeket kínál. Létezik huzalfelrakásos (FDM) technológia, tintasugaras nyomatatók elvén működő műgyantás (SLA) technológia, és persze a porból megfelelő térbeli pontokon lézerrel beégetős SLS technológia az aktuális highend. És akkor ehhez járul hozzá a műanyag-anyagtechnológia. Már elég régen használatos alkatrész-alapanyag az autóiparban például az üvegszálerősítéses poliamid. Amit fröccsöntenek. Milliószámra. Egészen jól viseli a motortéri körülményeket, deformáció nélkül. Úgyanígy megjelentek már a szálerősítéses 3D-nyomtatott darabok is. És például az SLS-technológiával készített műanyagok például hőre lányuló műanyagként viselkednek, ellenben 150°C-ot zokszó nélkül elviselnek. A 200°C-os forrasztópákát tartósan rányomva az anyagra, azon hőmérséklet körül kezd a felülete kicsit lágyulni.

Változó rugalmasságú anyag?

Változó rugalmasságú anyag?

De itt van például a HP JetFusion technológiája, ami a piacon jelenleg tudtommal egyedülállóan képes nyomtatási fázisban különböző színeket készíteni. És szintén a HP egyik technológiája képes arra, hogy - ha jók az emlékeim, akkor - egy műgyantás DLP technológiával nyomtasson darabon belül változó rugalmasságú anyagot. Tehát a kis elefánt esetében pl. az orrmánya kivételével minden része kopogós, akár törékeny; míg az orrmánya egy lágy gumiszerű anyagként viselkedik, pont ugyanúgy, mint amilyen rugalmasan viselkedik élőben is. És hangsúlyozom, mindezt műgyantás alapanyagból!

A 3D-s fénykép

A 3D-s fénykép

Ezzel készítenek például 3D-s, nyomtatott családi fényképeket is. Beszkennelik 3D-sen a családot, majd kinyomtatják színesben, és egy vitrinbe tehető 3D-s emléket lehet adni ajándékként nagyinak karácsonyra.

Ezek után már szerintem látszik, hogy milyen óriási potenciál van a 3D nyomtatásban. És akkor még nem is beszéltünk arról, hogy a techológiával elkészíthetőek (szakzsargont használva) bennszülött, egymáshoz képest nem szétszedhető, de egymáshoz képest akár mozgó alkatrészek is. És hogy lássunk valami olyat, ami tényleg csak 3D nyomtatással készíthető el, nézzétek meg például az alábbi képet.

Gyűrődő zóna?

Gyűrődő zóna?

Itt egy szendics-szerű anyag, és ez már fémből. Ez mennyire jól méretezhető a külső behatás elnyelésére tervezett deformációra!

Modern lengőkar?

Modern lengőkar?

De menjünk tovább, legyen valami autósabb vonatkozás is! Mit szólnátok ahhoz, hogy egy mostanság oly bonyolult futóművek egyik fődarabja a megfelelő merevség, illetve a megfelelő pontokon kívánt megfelelő rugalmasság érdekében ilyen térhálós kialakítású lenne? És itt már tényleg igaz, hogy csak ott és csak annyi anyag kerül bele a tartóba, amennyi és ahova kell. Több egy grammal sem.

Hengerfej. Öntvény?!?

Hengerfej. Öntvény?!?

De bedobok egy motoros felhasználást is! Ez a kép ránézésre nagyon gyanúsan egy hengerfejre emlékeztet. Mármint kontúrvonalaiban. Vagy legalábbis akár az is lehetne. Az érdekességet már látjátok így is. Szivacs-szerű belső szerkezete van. Hát ilyet anyag-eltávolításos technológiával ugyan senki nem készít, az biztos! De miért lehetne ez jobb a hagyományos öntött hengerfejeknél? Számomra két dolog fogalmazódott meg azonnal.

  1. Szilárdság. A külső és a belső falak között nincs pulzálás. Minden fal össze van kötve egymással, mindenhol. Szilárdságilag sokkal vékonyabb falak elegendőek lennének, és mégis sokkal merevebb alkatrészt kapunk
  2. Hőátadás. Az egyértelmű, hogy a hűtővíz nagysgárendekkel nagyobb felületen érintkezik a fémmel. És innen pedig már triviális, hogy menynire jól tervezhető a hőátadás a fémtől a hűtőközeg felé. Az öntvény elején, ahol a víz belép, ott kevesebb ilyen felületet kialakítani; míg hátul, ahová melegebb víz érkezik, oda többet. És mindezt kombinálva az upside-down hűtési elvvel, amikor a hengerfejbe vezetjük a hideg vízet, és a melegebb víz érkezik csak a blokkba, mennyire szépen kialakítható egy ideálisan tökéletes motorkondícionálás. Gondoljunk csak akár a Mercedes, akár a BMW V12-eseire, mennyire problémás motorok a hűtés nehézségei miatt.

Szóval visszakanyarodva a témaindító hajtórúd kérdésére, számomra nincs kérdés. Megfelelő rácsos geometriával, megfelelő technológiával és megfelelő anyagválasztással. S hozzáteszem, már hallottam olyan szoftverről, amelynél csak a megfelelő bekötési pontokat és geometriákat, valamint a szerkezetet érő terheléseket és elvárt paramétereket (erő, nyomaték, merevség, hő, vibráció, stb) kell megadni, és a program ezek figyelembevételével maga alakítja ki a bekötési pontok közötti geometriát. Tehát erőátviteli nyomvonalat, annak az alakját és keresztmetszetét. Valakinek valami kérdés még esetleg? :-D

– Geree –

Gergely Ínyencségek , , , , , , ,

Hozzászólások lezárva