據(jù)外媒報道，作為與跑車制造商保時捷以及機械制造公司通快集團（Trumpf）合作的一部分，德國汽車零部件制造商馬勒（MAHLE）首次利用3D打印技術(shù)，生產(chǎn)了高性能的鋁制活塞，而且成功在保時捷911 GT2 RS跑車的發(fā)動機試驗臺上通過了測試。雖然標準鍛造法制造的活塞已經(jīng)達到了性能潛力的極限，但是，還是有可能通過提高其效率，將保時捷700 HP發(fā)動機的功率提升30 HP。馬勒就正在研發(fā)其3D打印技術(shù)，未來，該公司將能夠通過為驅(qū)動系統(tǒng)、熱管理和機電一體化系統(tǒng)提供合適的部件，為電機等替代性驅(qū)動系統(tǒng)領(lǐng)域的客戶提供支持。
圖片來源：馬勒，車型：保時捷911 GT2 RS跑車
該項新工藝實現(xiàn)了所謂的仿生設計，模擬人體骨骼等自然結(jié)構(gòu)，只在受載區(qū)域增加材料，讓活塞的結(jié)構(gòu)適應負載。此種工藝節(jié)省了材料，而且與利用傳統(tǒng)方法制造的活塞相比，3D打印活塞的重量輕了20%，同時堅固性得到提升。
此外，馬勒的開發(fā)人員還在活塞環(huán)附近插入了一個放置恰當、形狀特殊的冷卻長廊。該設計基于馬勒多年的活塞熱工藝經(jīng)驗，而且只能使用3D打印制成。該冷卻廊減少了活塞頂環(huán)岸（活塞中一個特別受壓的部分）的溫度負荷，從而可優(yōu)化發(fā)動機燃燒，為發(fā)動機實現(xiàn)更高的最高速度鋪平道路。
該項新型生產(chǎn)工藝以馬勒研發(fā)的特殊鋁合金為基礎，因為此種鋁合金長期以來就成功應用于鑄造活塞。首先，該合金被霧化為細粉末，然后利用激光金屬熔化（LMF）工藝被打印出來。激光束將粉末熔化成所需的厚度，然后再在其上面增加一層，每次增加一層直到制造出該款活塞。采用該方法，3D打印專家Trumpf能夠在約12小時內(nèi)生產(chǎn)出由1200層粉末制成的活塞毛坯。
然后，馬勒最后對該款活塞毛坯加工、測量、測試，保證其必須符合傳統(tǒng)制造部件采用的嚴格標準。特別需要注意的是活塞的中心區(qū)域——活塞裙，以及其與連桿連接的部分——銷孔。要對此類區(qū)域進行裙擺脈沖和撕裂測試，馬勒的工程師可以模擬未來運行過程中活塞可能會承受的負載。
除了切開活塞進行分析，該項目合作伙伴卡爾蔡司（Zeiss）還利用CT掃描、3D掃描和顯微鏡進行了大量的無損測試。結(jié)果表明，打印的活塞達到了與常規(guī)生產(chǎn)的活塞相同的高質(zhì)量標準。在實際測試中，保時捷911 GT2 RS的發(fā)動機安裝了6個活塞，而驅(qū)動單元在測試臺上最艱苦的條件下成功完成了200小時的耐力測試。其中包括以平均250 km/h的速度行駛約6000公里（包括加油），滿載條件下運行約135個小時；還包括25小時的負荷運行，即車輛以極限模式運行。
保時捷和Trumpf聯(lián)合項目的另一部分還證明了3D打印的優(yōu)勢，即一個額外的增壓空氣冷卻機器，其隱藏在渦輪和原來的增壓空氣冷卻器之間的空氣管道中，由于利用3D打印制成，該額外組件的傳熱表面更大，從而可優(yōu)化控制空氣流量和空氣冷卻，讓進入的空氣更冷，提高發(fā)動機性能，降低油耗。
馬勒計劃在未來項目中進一步發(fā)揮3D打印等新型制造工藝的潛力，以擴大其在該領(lǐng)域內(nèi)的競爭力。更短的開發(fā)和生產(chǎn)的時間是一個巨大優(yōu)勢，特別對于電動移動出行等新技術(shù)而言。在電動移動出行領(lǐng)域，在電動汽車、電機或變速箱外殼和電池系統(tǒng)中，需要具有復雜結(jié)構(gòu)的熱管理部件來冷卻和調(diào)節(jié)空氣。空氣通道、過濾器外殼和機油管理部件等電機外圍部件的優(yōu)化也需要依靠此類新工藝。
在研發(fā)小批量和生產(chǎn)停產(chǎn)部件供應給歷史車輛的后市場，此種工藝也找到了需求。其他有前景的應用領(lǐng)域包括快速構(gòu)建原型，如快速構(gòu)建用于測試的部件，以及逆向制造，即利用3D掃描復制部件。
