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3D打印:助力混合动力机车开发!

2015-08-24 14:28
默菲
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  近日,来自澳大利亚Stratton的David Kitson(46岁)使用一台Up Mini 3D打印机将一辆破旧的靠汽油驱动的自行车改装成了汽油/电力混合动力自行车。

  Kitson是在圣诞节的时候在垃圾堆中发现这辆自行车的。一开始他只是简单地把这辆车修好,希望能够享受一下动力自行车的乐趣。但是后来发展这辆自行车有很多问题,最重要的是它的发动机是二冲程的,比较小,这意味着Kitson还得随车携带燃油。于是他决定给这辆自行车来个大升级,把它的发动机改成四冲程的,而且考虑将其变成混合动力。

  在此之前,Kitson就曾经花过大量时间用3D打印机制造出了夜视设备和开发军用可更换部件,因此他知道可直接使用他的3D打印机制造出小尺寸的发动机部件。

  “因此,在构思小尺寸发电机的过程中,我需要先制造出一个法兰,可以同时容纳电动机和汽油发动机,看看是否能够制造出一个自行车用的小发电机。尽管市场上有此类机器可买,但是那些都太重了。”Kitson说。

  于是Kitson进行了反复实验,他先模拟测试部件,然后再测试的结果上重新设计,经过一轮迭代之后制造出来的部件表现得要比预期好很多。最终他制造出了一个几乎完全3D打印而成的发电机。

  “从3D角度来看,这几乎是疯狂的艺术作品,因为在每个阶段我都在不停地寻找方法让小巧的UP Mini制造出巨大的零部件,要知道UP Mini的最大3D打印尺寸只有12×12×12厘米。”Kitson说。UP Mini是由我国著名3D打印机厂商太尔时代推出的一款入门级桌面3D打印机产品。

  最终,Kitson发现,他3D打印的发电机无论是制造成本还是使用成本,包括燃油成本都更加便宜,其动力输出更强大,自行车的活动范围也更大了。

  在此之后,Kitson并没有停止,他一直在积极开发和更新他的设计,光是最新版本就进行了近40个小时的测试。“这辆混合动力自行车维护很简单,它能够使我跟乘坐公共交通或者自驾车辆一样快地跨越25公里来到办公室,而且成本只是后两者的一小部分。最重要的,这一点都不累。”Kitson说。

  当然,这个3D打印的发电机并非没有问题,最重要的是,由于它主要ABS材料构成的,热传导性能显然没有金属好,如何解决发动机散热就成了一个大问题。为了解决这一点,Kitson设计了专门的通路让大量的气流通过部件,以达到散热降温的效果。他说,正式经过类似的一个个问题的发现和解决使得他的系统和各个部件达到了最优化的设计。

  “从这个角度看,我的设计开发是逐步深入的。”Kitson补充说,“一开始我只是想玩玩,然后不停地遇到问题、解决问题,直到项目完成,我才意识到我做了什么。一开始我只是想弄个具有混合动力功能的系统,现在我发现自己真正要做的是找到一种全新的方法来制造一辆混合电动/汽油自行车,人们可以在网上订购它,在家里打印出部件,然后花上几个小时把它组装起来。

  总之,除了内燃机、电子和发电机的磁芯之外——Kitson设计的每个部件都是3D打印的,包括油门控制箱的杠杆臂、空气过滤器板、电子外壳面板和发电机外壳等。

  为了3D打印所有部件,Kitson使用了“几百克”的黑色ABS 1.75毫米线材。他并没有统计3D打印所有部件花了多长时间,只记得最大的一个部件打印用了10个小时,而其它的部件通常需要2、3个小时的打印时间,而且由于质量不是一个问题,他把3D打印机设置快速打印状态。据他估计如果从头开始做的话,使用一台UP Mini 3D打印机完成整个系统大约需要3天时间。

  Kitson介绍说,像这样一个混合动力自行车,一箱油能够行驶50公里,而且它也是符合交通法规的。“该系统符合EN15194标准,所以在世界大多数国家应该都是合法的。”Kitson补充说。“它也符合关于小型马达的安全标准和排放标准,所以它的应用能够远远超出小型自行车。”

 

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