고객이 스탬프가 찍힌-및-용접된 강철 배터리-팩 브래킷을 들고 들어옵니다. 그것은 함께 용접되어야 하는 5개의 개별 조각으로 구성됩니다. 팩은 이미 무거웠고, 주행 가능 거리도 부족했으며, 킬로그램을 추가할 때마다 에너지 비용이 발생합니다. 질문은 간단합니다. 힘을 유지하면서 동시에 체중을 줄일 수 있을까요? 대답은 '예'입니다. 토폴로지 최적화를 결합하여알루미늄 합금 3D 프린팅, 엔지니어는 재료가 필요한 곳에만 머물고, 여러 부품이 하나가 되고, 최종 부품이 훨씬 더 가벼워지도록 브래킷을 재설계할 수 있습니다.
EV 배터리 팩에서 무게가 중요한 이유
배터리 팩은 일반적으로 전기 자동차에서 가장 무거운 단일 구성 요소로, 전체 연석 중량의 20~25%를 차지하는 경우가 많습니다. 질량이 증가하면 회전 저항이 증가하고 가속 시 더 많은 에너지가 필요하며 회생 제동의 효율성이 감소합니다. 업계의 대략적인 경험 법칙에 따르면, 중량 100kg이 감소할 때마다 실제 주행 거리가 약 15~17km 증가하거나, 차량 중량이 10% 감소하면 주행 거리가 약 5~6% 향상됩니다.
브래킷과 지지 구조는 경량화를 위한 탁월한 목표입니다. 일반적인 팩에는 많은 것들이 있고, 구조적으로 독립적이며, 메인 인클로저의 전체 충돌 하중을 지탱할 필요가 없습니다. 따라서 질량을 줄이면 기본 안전 구조를 손상시키지 않으면서 측정 가능한 이득을 얻을 수 있습니다.
알루미늄 합금 3D 프린팅이란 무엇입니까?
간단히 말해서, 알루미늄 합금 3D 프린팅은 전체 형상이 완성될 때까지 알루미늄 분말의 얇은 층을 펴고 한 번에 한 층씩 레이저로 녹여 부품을 제작합니다. 이 공정은 레이저 분말{2}}층 융합이라고도 알려져 있습니다. 디자인에 필요한 곳에만 재료가 추가되므로 복잡한 내부 격자, 유기적 형태 및 통합된 기하학적 구조가 가능해집니다.
AlSi10Mg가 가장 일반적인 선택인 이유
AlSi10Mg 3D 인쇄 부품은 자동차 애플리케이션을 지배합니다. 이 합금은 강도, 주조성-(예: 인쇄 적성), 상대적으로 낮은 밀도(약 2.67g/cm3) 사이에서 균형이 잘 잡혀 있습니다. 적절한 열처리 후 300~350MPa 범위의 인장 강도와 사용 가능한 연성을 제공하므로 구조용 브래킷에 적합합니다.
알루미늄 대 강철 대 주조 알루미늄
밀도: AlSi10Mg ≒ 2.67 g/cm³|강철 ≒ 7.8g/cm³|AlSi10Mg와 유사한 주조 알루미늄
비강도: 3D-프린팅된 AlSi10Mg는 중량 기준으로 볼 때 많은 철강과 경쟁할 수 있습니다.--중량 기준
디자인의 자유도: 캐스팅이나 스탬핑보다 훨씬 높으며{0}}기존 방법으로는 생성할 수 없는 토폴로지 최적화 형태가 가능합니다.
3D 프린팅으로 배터리 브래킷을 더 가볍게 만드는 5가지 방법
토폴로지 최적화
소프트웨어는 응력이 낮은-영역에서 재료를 제거하고 하중이 이동하는 부분에만 남겨둡니다. 공개된 사례에서는 이것만으로도 브래킷 질량을 30~50% 줄이면서 응력을 한도 내로 유지했습니다.
격자 및 중공 구조
내부 격자 또는 빈 섹션이 솔리드 섹션을 대체합니다. 부품은 필요한 부분에서 강성을 유지하지만 불필요한 질량을 줄입니다. 이는 기존의 스탬핑으로는 불가능합니다.
부품 통합
한때 용접이나 볼트 체결이 필요했던 5개의 스탬프 조각이 하나의 인쇄된 구성 요소가 될 수 있습니다. 조인트 수가 적다는 것은 패스너, 용접 비드 및 겹치는 플랜지로 인한 질량이 적다는 것을 의미합니다.
강성을 잃지 않으면서도 벽이 더 얇아짐
재료 분포가 최적화되었기 때문에 중요한 부분이 견고하게 유지되는 동시에 부하가 낮은 영역에서 벽 두께를 줄일 수 있습니다.{0}} 전반적인 강성은 유지되거나 향상됩니다.
패스너 수가 적고 조립 횟수도 적습니다.
볼트, 너트 및 용접물을 제거하면 무게와 설치에 필요한 보조 작업이 모두 제거됩니다. 최종 조립은 더 가볍고 간단합니다.
이 다섯 가지 레버는 함께 작동합니다. 경량 EV 배터리 팩 브래킷에 적용하면 결합된 효과로 인해 원래의 스탬핑 또는 용접 디자인에 비해 일반적으로 20~40%의 무게 감소가 발생합니다.
연구 결과: 체중 감량에 대한 실제 수치
발표된 연구와 업계 사례는 지속적으로 두 자릿수 절감 효과를 보여줍니다.- 한 동료의-검토를 거친 토폴로지-최적화된 배터리 브래킷은 강도와 안전-요소 목표를 충족하면서 49%의 질량 감소를 달성했습니다. 대형-금속 인쇄로 생산된 또 다른 자동차 알루미늄 섀시 구성 요소는 비틀림 강성을 크게 높이는 동시에 무게를 30% 이상 줄였습니다. AlSi10Mg 배터리에 대한 중국 업계의 사례는 25%의 무게 감소와 그에 따른 수 킬로미터의 주행 거리 증가를 지원합니다.
3D 프린팅된 알루미늄은 충분히 강할까요?
예-설계가 적절하게 검증된 경우입니다. -제작된 AlSi10Mg는 400~460MPa의 인장 강도에 도달할 수 있습니다. 열-처리된 소재는 향상된 연성 및 잔류-응력 완화를 위해 약간의 강도를 교환합니다. 피로, 진동 및 충돌 요구 사항은 다른 구조 구성 요소와 마찬가지로 시뮬레이션 및 물리적 테스트를 통해 여전히 검증되어야 합니다. 해당 테스트가 통과되면,알루미늄 합금 3D 프린팅자동차 내구성 기대치를 충족합니다.
사례 연구: Sunhingstone이 브래킷 무게를 줄인 방법
유럽의 한 EV 공급업체에는 배터리-팩 지지 브래킷 제품군이 필요했습니다. 원래 설계에서는 하위 어셈블리에 용접된 스탬프 강철 부품을 사용했습니다.- 무게는 높았고 조립 시간은 길었으며 설계 변경에는 새로운 툴링이 필요했습니다.
Sunhingstones는 토폴로지 최적화를 사용하여 브래킷을 재설계하고 이를 AlSi10Mg로 인쇄했습니다. 여러 조각이 단일 구성 요소로 통합되었고, 중요하지 않은 영역에 내부 격자가 도입되었으며, 전체 기하학적 구조가 인쇄 가능성을 위해 개선되었습니다.
첫 번째 프로덕션-인텐트 배치의 결과:
원래 강철 어셈블리에 비해 무게가 약 32% 감소했습니다.
개별 부품 수를 5개에서 1개로 줄였습니다.
조립 시간이 절반 이상 단축됨
중요한 인터페이스의 열처리 및 가공 후 기계적 성능(정적 강도 및 진동)이 고객의 사양을 충족했습니다.
승인된 설계부터 첫 번째 기능 샘플까지의 리드 타임은 3주 미만이었습니다. 동일한 프로세스가 새로운 도구 없이 소량-시리즈 생산으로 확장되었습니다.
3D 프린팅이 의미 있는 경우와 그렇지 않은 경우
알루미늄 합금 3D 프린팅다음과 같은 경우에 강력한 선택이 됩니다.
볼륨은 낮거나 중간 정도입니다(연간 수만에서 수천 부품).
기하학이 복잡하거나 자주 재설계됨
부품 통합 또는 토폴로지 최적화를 통해 확실한 무게 또는 조립 이점을 제공할 수 있습니다.
기존 방법의 툴링 비용은 부품 수량에 비해 높습니다.
일반적으로 다음과 같은 경우에는 가장 저렴한 경로가 아닙니다.
볼륨이 매우 높고 기하학이 단순합니다.
기존 스탬핑 또는 주조 툴링은 이미 상각되었습니다.
부품은 복잡한 내부 구조로 인해 이점을 얻지 못합니다.
경험이 풍부한금속 3D 프린팅 제조업체당신이 어떤 상황에 처해 있는지 솔직하게 말해줄 거예요.
알루미늄 3D 프린팅 제조업체를 선택하는 방법
다음 기능을 찾으십시오.
AlSi10Mg 및 자동차{1}}등급 분말에 대한 검증된 경험
-사내 밀도, 인장 및 (바람직하게는) CT 검사
열처리, 응력완화 및 2차 가공능력
DFM(적층 제조) 피드백 및 토폴로지 최적화 지원을 위한{0}}설계 제공 능력--
프로토타입에서 소량 생산까지의 명확한 경로-
경량 EV 배터리 팩 브래킷과 기타 구조용 알루미늄 부품을 이미 생산하고 있는 공급업체는 개발 주기를 단축하고 기술적 위험을 줄여줄 것입니다.
FAQ
3D 프린팅으로 배터리 브래킷의 무게를 얼마나 줄일 수 있나요?
토폴로지 최적화 및 부품 통합을 적용할 경우 스탬핑 또는 용접 강철 설계에 비해 일반적인 절감 효과는 20% ~ 40%입니다. 극단적인 경우가 거의 50%에 이르렀습니다.
3D 프린팅된 알루미늄은 가공된 알루미늄만큼 강합니까?
-제조 및 열처리-된 AlSi10Mg는 기존의 많은 알루미늄 합금에 필적하는 강도 수준에 도달합니다. 핵심은 특정 하중 사례에 대한 적절한 공정 제어, 열처리 및 검증입니다.
인쇄된 브래킷 샘플을 얻는 데 얼마나 걸리나요?
승인된 CAD 데이터에서 크기, 수량 및 후처리 요구 사항에 따라 기능 샘플을 1~3주 안에 얻을 수 있는 경우가 많습니다.{2}}
테스트를 위해 작은 배치를 만들 수 있습니까?
예. 수십 또는 수백 개의 부품으로 구성된 소량-생산이 금속 적층 제조의 표준 사용 사례입니다.
어떤 파일을 인용해야 합니까?
일반적으로 첫 번째 견적 및 DFM 검토에는 3D CAD 모델(STEP 선호)과 로드 케이스, 중요 치수, 표면 마감 요구 사항 및 수량 정보가 충분합니다.
배터리 팩을 가볍게 할 준비가 되셨나요?
현재 브래킷 디자인이나 3D 모델을 보내주세요. 우리는 중량 절감 가능성을 평가하고{2}}토폴로지 또는 통합 기회를 제안하며 현실적인 생산 계획과 함께 명확한 견적을 제공합니다. 알루미늄 합금 3D 프린팅은 성능 저하 없이 EV 배터리-팩 구조의 질량을 줄이기 위해 오늘날 사용할 수 있는 가장 실용적인 경로 중 하나입니다.