蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院一個(gè)學(xué)生的重點(diǎn)項(xiàng)目正在voxeljet的支持下實(shí)現(xiàn)一種新型冷卻系統(tǒng)的原型。
ethec city電動(dòng)摩托車中的新型冷卻系統(tǒng)確保了電池單元的使用壽命更長(zhǎng)。為了向?qū)W生們介紹可用于原型制造之外的批量生產(chǎn)的制造工藝,Voxeljet使用粘結(jié)劑噴射工藝為原型的創(chuàng)新電池外殼生產(chǎn)了模具。
以驚人的速度和幾乎無(wú)聲無(wú)息地騎著電動(dòng)摩托車穿越廣闊的風(fēng)景,在科幻電影中被認(rèn)為是理所當(dāng)然的事情,在現(xiàn)在卻因?yàn)殡姵丶夹g(shù)的缺陷而嚴(yán)重受挫。2021年,電動(dòng)車的高速度和長(zhǎng)距離幾乎總是與極其沉重和龐大的儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)系在一起。汽車和卡車可能已經(jīng)提供了必要的空間,但在通往環(huán)境友好型電動(dòng)摩托車的道路上,工程藝術(shù)仍然有一些障礙需要克服。由于缺乏電池容量,市場(chǎng)上已有的相對(duì)強(qiáng)大的電動(dòng)摩托車更適合城市交通,而不適合長(zhǎng)途越野旅行。
ethec城市項(xiàng)目的技術(shù)方法可以改變這種狀況。ethec是 “ETH電動(dòng)巡洋艦 “的縮寫(xiě),是由蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的學(xué)生開(kāi)發(fā)的電動(dòng)摩托車概念。在 “重點(diǎn)項(xiàng)目 “的框架內(nèi),ETH的學(xué)生有機(jī)會(huì)將他們的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際技術(shù)中。項(xiàng)目發(fā)起人是inspire AG,它是該校的戰(zhàn)略合作伙伴,負(fù)責(zé)將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)。在2017年開(kāi)始的ethec項(xiàng)目中,其目的是通過(guò)回收制動(dòng)能量和修改電池設(shè)計(jì),大幅提高電動(dòng)摩托車的效率。同時(shí),由機(jī)械工程學(xué)生、未來(lái)的電氣工程師和未來(lái)的工業(yè)設(shè)計(jì)師組成的團(tuán)隊(duì)必須決定在每種情況下哪種工藝最適合制造所需的部件。由于最初的重點(diǎn)是原型,3D打印是關(guān)注的主要焦點(diǎn)。
事實(shí)證明,如何最好地存儲(chǔ)可用的額外能量以增加續(xù)航能力是一個(gè)棘手的問(wèn)題。在盡可能小的空間內(nèi)創(chuàng)造一個(gè)高能量密度是一件事。然而,在摩托車上將電池運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量保持在一個(gè)恒定的水平上,比在大型車輛上更難。然而,最佳的溫度管理對(duì)電池的使用壽命至關(guān)重要。
“電動(dòng)汽車中的電池冷卻通常是借助管道流過(guò)電池的冷卻劑來(lái)完成的,”啟發(fā)集團(tuán)熱模擬部經(jīng)理、兼ethec項(xiàng)目協(xié)調(diào)人Josef Mayr博士解釋道。”這種方法的缺點(diǎn)是只能進(jìn)行點(diǎn)狀或線狀接觸,實(shí)際上無(wú)法實(shí)現(xiàn)與電池的直接接觸。鑒于摩托車車架中間的空間有限,最終只有一個(gè)概念可以實(shí)現(xiàn):將所有電池單元完全嵌入油浴中。
ethec團(tuán)隊(duì)以主要電網(wǎng)的變電站中的變壓器冷卻系統(tǒng)為模板。”Mayr說(shuō):”當(dāng)設(shè)備被打開(kāi)時(shí),火花四濺,但由于這些設(shè)備完全在硅油中游動(dòng),因此沒(méi)有氧氣,不可能出現(xiàn)短路。”
以3D打印砂型作為進(jìn)入批量生產(chǎn)的途徑
分成兩個(gè)模塊,ETH的學(xué)生總共組裝了1260個(gè)鋰離子電池,總輸出功率為15千瓦時(shí)。然后,計(jì)算機(jī)輔助流動(dòng)模擬被用來(lái)創(chuàng)建電池外殼的最佳結(jié)構(gòu),它不僅要絕對(duì)防漏,而且要確保各個(gè)電池和硅油流動(dòng)之間的完美接觸。然而,像ethec電池外殼這樣大小的物體超出了現(xiàn)有直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)設(shè)備的能力。為了 “向?qū)W生們展示從原型到批量生產(chǎn)的方法”,約瑟夫-邁爾說(shuō),他選擇了金屬鑄造。具體而言,一個(gè)3D打印的砂模被用作鑄造鋁銅合金的模板–簡(jiǎn)而言之:打印鑄造。
ethec團(tuán)隊(duì)提供的電池外殼的數(shù)字CAD數(shù)據(jù)構(gòu)成了voxeljet使用粘合劑噴射3D打印技術(shù)生產(chǎn)鑄砂模具的基礎(chǔ)。在這個(gè)過(guò)程中,幾微米薄的石英砂層和噴射在上面的粘合劑交替分層,直到以最高的精度打印出后來(lái)組件的指定幾何形狀。ETHEC電池外殼最終在位于意大利布雷西亞的Kupral Spa公司的鋁鑄造廠被鑄造出來(lái)。
ethec原型的全面實(shí)際測(cè)試目前仍有待進(jìn)行。但是,由學(xué)生設(shè)計(jì)的節(jié)能電子摩托車的概念顯示了令人印象深刻的潛力。最高時(shí)速應(yīng)達(dá)到160公里/小時(shí),并且由于回收和新穎的電池概念,ethec城市可以達(dá)到約400公里的范圍。這個(gè)概念是否也能說(shuō)服潛在的買(mǎi)家,目前還沒(méi)有定論–為ethec city的工業(yè)化系列生產(chǎn)尋找合作伙伴的工作仍在進(jìn)行。
進(jìn)一步的案例研究
隨著3D打印到優(yōu)化的電動(dòng)馬達(dá)
Aiona Cast公司已經(jīng)申請(qǐng)了一項(xiàng)專利,可用于大幅優(yōu)化電動(dòng)機(jī)。該公司用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了一個(gè)原型。
3D打印機(jī)的電機(jī)外殼
voxeljet 3D打印工藝 用于電動(dòng)車鑄件生產(chǎn)的粘結(jié)劑噴射技術(shù)。