福特3D打印全新专利解读：一体化护板搞定散热+吸能

福特汽车近期申请的这项专利（专利号12358567）有点意思，它把汽车底盘护板这个看似简单无聊的结构，用3D打印重做了一遍。

AM易道觉得最有价值的部分，是将护板防护与热管理功能融为一体的创新设计。

从专利文件看，福特这套系统包括一个用于安装到车辆底部的防滑板、多个沿纵向延伸于防滑板和车辆底部之间的冷却通道，以及一个从防滑板向外延伸的结构加强件，这些部件采用增材制造技术制造成一体式结构。

简单说就是，护板不再只是被动挨打，还能主动帮电池降温。

文末有专利文件获取方式。

三周期曲面：3D打印才能实现的几何结构

专利中最有趣的部分是冷却通道内的三周期曲面结构。（标号40和42），这些通道相互连通但不相交，形成了复杂的迷宫状路径。

听起来很抽象，但它的实际作用相当直接—每个陀螺体结构在每个冷却通道内限定多个气流通道，大幅增加了表面积。

AM易道过去大量文章提到过三周期曲面的散热效果，这也是增材制造技术发挥的精髓所在。

传统制造工艺根本无法生产这样复杂的内部几何结构，三周期陀螺体具有两个明显优势：它们为散热提供了大表面积，并产生显著的湍流，增加了雷诺数，从而改善散热效果。

工程设计的巧思：NACA导流管的应用

从专利图2的底视图可以看到，这些进出气口（标号34和36）采用了低阻力的凹陷式设计，进气口位于护板前端，出气口在后端。

使用NACA导流管作为进出气口，在减少车辆阻力的同时，为冷却通道提供气流。

专利文件特别提到，使用NACA导流管作为通风口34、36可在向冷却通道28提供气流的同时减少车辆的阻力。

这种设计能在车辆行驶时主动引导气流进入冷却系统，实现了被动冷却的最大化。

多功能集成+一体化制造：保护与散热兼得

专利明确指出：防滑板26、多个冷却通道28以及结构加强件30采用增材制造技术制造成一体式结构，例如通过金属喷射粘合或丝材沉积。

值得注意的是，Metal Binder Jetting和Filament Depostion是唯二在专利全文提及的3D打印技术选择。

这种设计思路解决了几个工程难题。

专利文件提到，一体化构造通过减少或消除可能在撞击时更容易变形的断开区域来改善机械强度。

护板下方的结构加强件（标号30）不仅能吸收碰撞能量，还进一步包括可变形的撞击能量吸收器（标号44），在越野或意外碰撞时保护电池包。

此外，增材制造工艺允许进气口34和出气口36的特定几何形状，如上述NACA导流管，以减少护板26产生的阻力。

同时，护板由导热材料制成，与多个冷却通道保持热传导。

专利明确提到，电池单元46产生的热量通过传导传递给下方的冷却通道，护板26的温度因与被空气加热的接触而升高。

这意味着护板本身就是散热器的一部分，能够将电池产生的热量传导到外部空气中。

最后是成本控制，单件制造省去了大量装配工序。

从上面这些技术细节可以看到，这套系统最聪明的地方在于多功能整合。

到底用了什么样的3D打印技术？

前文提到，专利中提到的"metal jet binding"（金属喷射粘合）和"filament deposition"（丝材沉积）这两项技术，AM易道直觉推测技术来自于Desktop Metal(现已被Nano Dimension收购)。

福特在2018年领投了Desktop Metal 6500万美元的融资，福特CTO Ken Washington还加入了Desktop Metal董事会。

据公开消息，福特目前正在使用Desktop Metal的Studio System打印原型和评估材料，该系统采用挤出结合金属棒的方式，类似FDM打印机挤出塑料丝材，而该品牌的Production System则使用专有的Single Pass Jetting (SPJ)粘结剂喷射技术。

电动汽车热管理的现实需求

为什么福特要在护板上做这样的创新？

AM易道的答案很直接，电动汽车的热管理压力。

保持电池、电机和电力电子器件等组件在电动汽车中的最佳和可靠运行需要仔细选择热管理策略和材料。

目前的电动车热管理系统主要依靠液冷方案，但这增加了系统复杂性和重量。

传统热交换器使用内部工作流体，这会增加重量并使用添加到车辆上的额外部件。

福特的方案巧妙地利用了车辆行驶时的外部气流，在不增加额外冷却剂的情况下实现散热。

3D打印在汽车热管理中的应用前景

从更大的技术趋势看，这项专利反映了 增材制造在汽车工业的应用深化。

TPMS结构是设计新颖性的一个典型例子，没有3D打印是不可能实现的。

研究表明，通过增材制造实现的微结构陀螺体热交换器有显著的热交换效率提升。

至于具体提升的数据，AM易道过去的学术研究类文章有分享过不同的应用，请有兴趣读者在公众号内搜索热管理或散热查阅相关文章。

延伸阅读：

这种性能提升在汽车应用中意义重大，特别是在电动车对轻量化和效率都有严格要求的背景下。

从专利到产品的距离

当然，专利申请不等于产品化。

福特在声明中表示："提交专利申请是任何强大业务的正常部分，该过程保护新想法并帮助我们建立强大的知识产权组合。"

福特强调这些专利想法不应被视为其业务或产品计划的指示。

特别是在成本可控的前提下，一体化护板散热器确实能为电动车带来实际的性能提升。

这项专利展现了汽车工程师对3D打印技术理解的不断深化。

它不再满足于简单的零件替代，而是从系统级角度重新思考产品架构。

这种思维方式的转变，或许比技术本身更有价值。

请在公众号内私信"福特护板"，获取原始专利文件。

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