[发明专利]一种3D打印汽车活塞

说明书

一种3D打印汽车活塞涉及汽车活塞技术领域，包含活塞顶部、活塞环槽部以及活塞裙部。活塞外部壳状结构，内部由抗冲击结构阵列排布而成，当活塞在使用中发生摩擦碰撞时，点阵结构通过吸收能量来减轻对活塞整体的伤害，起到保护作用；同时，在活塞工作时，这种特殊的结构使得活塞整体的受力更均匀，可以抵抗更多冲击力；此外，活塞采用AlSi₁₀Mg材料进行3D打印而成，镂空的点阵结构设计减轻了活塞的重量同体积的材料质量减少50％，使用更加安全可靠，使用寿命也相应得到提高。

技术领域

本发明涉及汽车活塞技术领域，具体为一种3D打印汽车活塞及其制作方法。

背景技术

活塞是汽车发动机中作往复运动的中枢部位，在整个发动机的运行上占极其重要的地位，随着汽车性能的不断提高，作为汽车心脏的发动机的功率也变得越来越大，活塞在汽车制造行业也显得尤为重要。活塞在使用的过程中与连杆连接，与连杆相互配合实现活塞的活塞运动，提供动力。活塞主要由三部分组成，分别是：顶部、环槽部以及裙部。活塞顶部是组成燃烧室的主要部分，其形状与所选用的燃烧室形式有关，汽油机多采用平顶活塞，其优点是吸热面积小，柴油机活塞顶部常常有各种各样的凹坑，其具体形状、位置和大小都必须与柴油机的混合气形成及燃烧的要求相适应。因此活塞长期处于一个高速、高压和高温的恶劣工作环境，又要考虑到发动机的运行平稳及耐用，对其材质要求极为严格，必须要有足够的强度和刚度、膨胀系数小、相对密度小、耐磨及耐腐蚀，还要成本低，目前常见的汽车发动机活塞普遍用铝合金制造，致密的结构使得其质量几乎无法降低。然而现有制造方式得到的铝合金活塞，仅凭借合金自身性能抗击冲压，很难提升其抗冲压性能，本专利设计一种镂空的点阵结构，通过改变点阵密度的变化来改变活塞可以吸收的冲击能，在减少重量、降低生产成本的同时下提高活塞的抗冲击力。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗冲击3D打印汽车活塞，可以利用点阵的设计起到抗冲击的作用，同时在不改变活塞尺寸的情况下，减轻了重量，使用更为安全。

本发明的实现方案：

一种3D打印汽车活塞，包含活塞顶部、活塞环槽部以及活塞裙部，在3D打印过程中，将上述部分看做活塞整体，将其分为外壳层、内壳层、点阵层三部分。

首先设计了汽车活塞的整体形状，设计选用平顶活塞设计模式作为示意。活塞尺寸比例可通过扫描已有活塞尺寸获得，不拘泥于单独的某种特定尺寸，活塞的材料选择AlSi10Mg作为主要材料。

所属活塞包含外壳层、内壳层、点阵层三部分，外壳层和内壳层均采用紧密堆积的结构，用于连接点阵结构，内外壳层结构使用三维建模软件设计，通过活塞内外表面形貌与点进行曲面拟合生成内外壳层表面，并形成壳状实体模型。将内外层壳状结构导入Rhino建模软件中进行点阵填充，选择cross点阵做为点阵单元，这种单元采用线条构成三角形，与我们常见的体心、面心点阵结构采用三角形与正方形结合的方式相比，稳定性提高了20％，受力均匀，同样的材料下，质量降低的同时抗冲击能力提高，使用寿命增加50％，因此采用这种点阵结构做汽车活塞的填充点阵。点阵采用X、Y、Z三轴固定的数量进行填充，分别为19、13、3个，点阵中梁的直径为0.8cm，将点阵结构与内外壳层合并生成整体模型导出STL格式模型。

由于汽车活塞的结构很复杂，本发明采用3D打印的方式进行生产，首先将STL模型进行切片处理，然后导入到SLM型3D打印设备中，打印材料选择AlSi10Mg，打印层厚为0.02cm，将打印后得到的模型进行简单处理即可完成。

本发明的有益效果在于：

与现有的汽车活塞相比，本发明具有显著优点：本发明采用点阵式结构的设计，在活塞工作时，这种特殊的结构使得活塞整体的受力更均匀，可以抵抗更多冲击力；此外，点阵的设计使得活塞重量减轻，同体积的材料质量减少50％，在降低生产成本的同时，使用更加安全可靠。

附图说明

图1是整体模型示意图。