2024年11月29日，蒙特利尔高等技术学院（ETS）的Formula SAE车队在赛车运动中采用金属增材制造技术来提高电动赛车的性能。在2023赛季，该车队推出了名为 MANIC-23的电动赛车，它不仅在赛道上展现了惊人的速度，还因一系列轻量级的3D打印组件而备受瞩目。
Formula SAE是一项自1980年起举办的大学级别比赛，邀请学生团队设计、制造并驾驶小型方程式赛车。目前，全球有超过600支队伍参与这项赛事，他们通常会花费一年的时间来打造自己的赛车。ETS车队拥有超过30年的Formula SAE燃烧类别比赛参赛经验。然而，在最近几年，车队转向参加电动汽车比赛，这要求对他们的车辆设计进行根本性的重新构思。
在2023赛季开始前，Formule ETS车队决心制造一款具有核心竞争力的电动汽车，并寻求金属增材制造公司Renishaw的帮助，为他们的赛车提供一系列优化的关键部件，以增强性能优势。
△新赛车设计有四个立柱结构，每个立柱都装有一台电动机
通过3D打印技术开发下一代赛车
车队队长Léa Tonini表示：“Formule ETS在Formula SAE中一直是一个有力的竞争者。多年来，我们在内燃机类别中屡次登上领奖台。当我们决定转向电动汽车时，我们的目标是以一种能够继续推动赛车运动界限，并保持我们领先地位的方式来进行。”
通过与3D打印公司Renishaw合作，该车队成功地利用3D打印技术对多个组件进行了优化，从而升级了他们的电动赛车系列。MANIC-20和MANIC-2022是车队过去几年参赛的车型。机械工程专业学生兼动力系统设计团队成员Tommy Gélinas补充说：“在2022赛季取得成功之后，我们的目标是进一步提升赛车的性能。我们面临的最大挑战是实现大幅减重。为了设计出仅重400磅的MANIC-23赛车，我们需要开发更轻量化的组件。”
团队的主要目标是重新设计并3D打印支柱，这些关键部件连接车辆中的子组件，对于将车轮运动传递到悬架臂和减震器至关重要。车辆中有四个支柱，每个支柱都装有一台电动机。以前，这些部件是通过CNC加工并使用7075-T6铝合金制造的。然而，随着金属增材制造技术的应用，他们重新设计了这些部件，使它具有令人印象深刻的有机结构，从而大大减轻了重量。
Gélinas 补充说：“我们认识到，金属增材制造技术将赋予我们设计的自由度，使我们能够制造出既轻质又不影响车辆性能的部件，同时满足悬挂团队设定的合规性目标。起初，我们发现没有合作伙伴能够使用传统制造技术生产出新的支柱。”
△通过3D技术重新设计这些关键部件
3D打印设计新赛车支柱减重30%
Renishaw拥有丰富的赛车经验，在此次项目中，不仅提供3D打印组件，还就设计选择、拓扑优化和材料选择提供建议。最终，合作伙伴决定使用AlSi10Mg粉末，因为它兼具刚度和轻量化特性。
最终，3D打印的支柱比机械加工的支柱轻得多：前支柱轻了30%，后支柱轻了28%。团队表示，重量减轻意味着对赛车动态行为的控制更加出色。除此之外，3D打印设计使前支柱的外倾角柔顺性降低了18%，材料使用量减少了45%。
在集成3D打印组件后，MANIC-23表现出色，在密歇根州举办的北美电动FSAE 2023比赛中获胜，并在克罗地亚FSAE Alpe Adria比赛中获得第二名。Tonini总结道：“与我们之前的车辆相比，MANIC-23在动力、精度和紧凑性方面有了重大飞跃。”
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