3D-печать и Формула 1:5 тенденций в автоспорте

В динамичной среде, такой как Формула-1, скорость играет ключевую роль - как на трассе, так и вне ее. Поскольку разница между победой и поражением может составлять всего несколько секунд, совершенствование конструкции гоночного автомобиля - ключевой императив любой команды Формулы-1.

Но быстрое реагирование на мир постоянно меняющихся правил при сохранении конкурентных преимуществ требует культуры инноваций. Поэтому команды разработчиков и инженеров Формулы-1 должны иметь возможность разрабатывать новые конструкции для улучшения характеристик автомобилей.

Так где же здесь 3D-печать?

Идеально подходящая для создания быстрых итераций и сложных инженерных решений, 3D-печать является важным активом для дизайнеров и инженеров, стремящихся ускорить цикл разработки продукта.

От прототипирования до создания легких компонентов - мы рассмотрим, как команды Формулы-1 используют 3D-печать для повышения производительности и инноваций.

1. Более быстрое прототипирование

Двумя ключевыми задачами при разработке новых конструкций компонентов гоночных автомобилей являются: 1) сокращение времени производства и 2) снижение затрат .

Разработка прототипов соответствия и функциональности поэтому имеет решающее значение для проверки детали перед выпуском окончательной версии. Здесь 3D-печать выходит на первый план, предоставляя рентабельные средства производства прототипов с такими же или аналогичными свойствами, что и конечная деталь.

Правила и технические спецификации для команд Формулы-1 устанавливаются руководящим органом автоспорта FIA (Fédération Internationale de l’Automobile). В этих рамках инженеры обычно проектируют новый автомобиль каждый год. При таких темпах изменений важно, чтобы прототип был запущен в производство как можно быстрее, как только он будет задуман.

3D-печать позволяет изготавливать детали намного быстрее чем позволяет обычное производство. С помощью этой технологии инженеры могут избавиться от трудоемких этапов проектирования и изготовления шаблона и пресс-формы перед изготовлением детали. Это связано с тем, что 3D-печать начинается с цифрового файла САПР, который можно отправить в производство за очень короткое время.

Например, команда F1 на базе Williams F1 Говорят, что она может отгружать более 2000 деталей, напечатанных на 3D-принтере, в месяц - такое количество было бы невозможно, если бы детали производились с использованием обычных производственных средств.

2. Большая гибкость дизайна

3D-печать дает возможность быстро и без лишних затрат изменять конструкцию компонентов . Возможность быстро вносить изменения в дизайн и печатать их на 3D-принтере в короткие сроки означает, что инженеры могут находить ошибки и изменять дизайн в более короткие сроки.

Это особенно важно для дизайна, который сталкивается с проблемой «упаковки». Для достижения максимального аэродинамического преимущества гоночные автомобили спроектированы так, чтобы быть гладкими, оставляя не так много места внутри самого автомобиля. Однако эта функция также затрудняет упаковку компонентов автомобиля таким образом, чтобы обеспечить легкий доступ к внутренним частям автомобиля во время пит-стопов.

Благодаря 3D-печати инженеры получают большую гибкость, быстро пробуя новые конструкции и разрабатывая наиболее подходящие компоненты и конфигурации.

3. Расширенные испытания в аэродинамической трубе

3D-печать стала незаменимым инструментом для производства надежных и точных деталей для испытаний в аэродинамической трубе , важное средство оценки аэродинамических свойств гоночного автомобиля. Аэродинамика - важный элемент автоспорта - оценка потенциальных сил, воздействующих на транспортное средство, и их влияния на его скорость может иметь значение для победы или поражения.

Для команд F1 тестирование реальных автомобилей обычно ограничивается несколькими разами в год. Таким образом, модели с аэродинамическими трубами обеспечивают гораздо более быстрый и дешевый способ проверки автомобильных запчастей.

Испытание в аэродинамической трубе предполагает размещение модели, размер которой составляет 60% от реального автомобиля, на беговой дорожке, чтобы имитировать те же условия (высокая скорость, сила ветра и т. Д.), В которых автомобиль может достичь во время гонки, и внести какие-либо корректировки. если необходимо.

В настоящее время 3D-печать наиболее широко используется для создания деталей, которые будут протестированы на этой реплике гоночного автомобиля . . По сравнению с обработкой и изготовлением моделей, 3D-печать предлагает более быстрый, дешевый и эффективный способ изготовления моделей для испытаний в аэродинамической трубе. Еще одним преимуществом является скорость:если необходимо изменение конструкции, аддитивное производство упрощает производство компонентов, которые можно тестировать в аэродинамической трубе намного быстрее.

Команда Alfa Romeo Sauber F1 , например, широко использует SLS и SLA 3D-печать для производства деталей, включая передние крылья, тормозные каналы и крышки подвески, а также кожухи двигателя, внутренние воздуховоды и ручные дефлекторы для моделей автомобилей с аэродинамической трубой. Сообщается, что команда смогла использовать эту технологию для 3D-печати от 200 до 300 пластиковых деталей за рабочий день, заявив, что «было бы невозможно сделать это иначе, чем производство деталей аддитивным производством».

4. Быстрое изготовление оснастки

3D-печать также является бесценной технологией, когда речь идет о производстве инструментального оборудования . от приспособлений и приспособлений до жертвенных и композитных инструментов. С помощью этой технологии производители могут изготавливать сложные инструменты по индивидуальному заказу без высоких затрат и длительных сроков изготовления, связанных с традиционным производством инструментов.

Например, технология FDM может использоваться для более быстрого и экономичного производства инструментов для укладки с использованием высокопроизводительных материалов, таких как ULTEM. Команда Формулы-1 McLaren признал преимущества AM, использовав FDM для 3D-печати инструмента для укладки большого удлинения закрылка заднего крыла. Деталь, предназначенная для увеличения задней прижимной силы, была изготовлена ​​из материала ULTEM 1010 за три дня, что значительно сократило время выполнения заказа.

3D-печать также предлагает дополнительное преимущество в виде производства инструментов по запросу, ускоряя как производство, так и сборку. Некоторые команды уже используют 3D-печать на трассе для производства инструментов, которые помогут внести изменения в последнюю минуту во время гонок. Это дает дополнительное преимущество, поскольку устраняет необходимость в дорогих курьерских услугах.

5. Повышенная производительность детали

Когда команды стремятся повысить скорость, надежность и эффективность компонентов гоночных автомобилей, 3D-печать может помочь улучшить характеристики деталей . .

Поскольку гоночные автомобили должны быть относительно легкими, наиболее часто используемыми металлами являются алюминий с деталями из углеродного волокна.

3D-печать особенно подходит для производства легких, сложных термопластических и металлических компонентов, которые могут дать значительное преимущество в производительности. Теоретически снижение веса за счет использования деталей, напечатанных на 3D-принтере, может иметь значение между победой и поражением.

Команда Формулы-1 Alfa Romeo Sauber , например, производит металлические компоненты, напечатанные на 3D-принтере, для использования в готовых автомобилях, в том числе крышки стоек, оборудование для гаражей, компоненты выхлопной системы, а также несколько уникальных наборов впускных и выпускных отверстий для интеркулера и радиатора для каждого автомобиля.

Проблемы 3D-печати в автоспорте

Несмотря на текущее использование 3D-печати в Формуле-1 и автоспорте в целом, по-прежнему остается ряд проблем, когда дело доходит до максимального использования потенциала этой технологии.

№1 Обеспечение согласованности

Готовые детали, напечатанные на 3D-принтере, часто могут отличаться, когда дело доходит до конечного материала и размерных свойств. Поскольку команды автоспорта часто передают на аутсорсинг часть или большую часть процесса аддитивного производства, это означает, что вы не можете каждый раз получать одну и ту же часть.

Однако преимущества, предлагаемые 3D-печатью, побуждают многие автоспортные компании использовать больше 3D-печати внутри компании, чтобы иметь больший контроль над производственным процессом.

Образование №2

Тем не менее, 3D-печать внутри компании может быть источником других проблем, одна из которых - отсутствие технических знаний. Хотя 3D-печать существует уже несколько десятилетий, внедрение в производстве в качестве инструмента для создания прототипов и производства было постепенным. Это также дошло до образования, а это означает, что многие дизайнеры не имели обширного опыта или опыта в области аддитивного производства.

В результате автоспорт, стремящийся использовать преимущества 3D-печати, также должен быть готов инвестировать в программы обучения как средство создания необходимых ноу-хау и базы навыков.

# 3 Управление круглосуточным производством

По мере роста возможностей собственной 3D-печати автоспортивных компаний растут и объемы производимых деталей. Некоторые компании в этой области используют более 10 машин и производят тысячи деталей и прототипов в неделю. При таких больших объемах компании неизбежно столкнутся с проблемой управления производством деталей, напечатанных на 3D-принтере, если отсутствует система управления рабочим процессом.

Некоторые из этих недостатков включают управление большим объемом входящих запросов, получаемых ежедневно, вручную. Большей части этих рабочих процессов также не хватает прозрачности и прослеживаемости, особенно когда компании работают на разных объектах и ​​в разных местах. Это означает, что команды не могут эффективно отслеживать проекты на протяжении всего производственного процесса.

Один из способов решить эту проблему - максимально автоматизировать этап рабочего процесса. Специальное программное обеспечение для автоматизации рабочих процессов является полезным инструментом для преодоления многих узких мест, с которыми автоспортивные компании могут столкнуться при управлении производством 3D-печати. Некоторые из преимуществ включают автоматизацию процесса управления запросами, планирование заданий и отслеживание частей от запроса до производства и за его пределами.

Текущие варианты использования

Поскольку 3D-печать по-прежнему чаще всего используется для создания прототипов в секторе автоспорта, существует распространенное заблуждение, что эта технология по-прежнему не подходит для производства концевых деталей, обладающих достаточной прочностью и долговечностью, чтобы их можно было использовать в высокопроизводительных приложениях, таких как гоночные автомобили.

Однако 3D-печать уже используется на высшем уровне в области автоспорта в качестве жизнеспособной альтернативы механически обработанным деталям автомобилей, которые могут быть более тяжелыми, менее экономичными и требующими больше времени для производства.

Пяльцы для рулонов, напечатанные на 3D-принтере

Например, рулонный обруч - критически важная конструкция безопасности, которая защищает водителя в случае опрокидывания - печатается на 3D-принтере в металле командой Alfa Romeo Sauber F1.

Примечательно, что эта деталь изготовлена ​​из легкого металла Scalmalloy, разработанного специально для аддитивного производства. Используя этот материал в сочетании с DMLS (прямое лазерное спекание металла), Sauber F1 может производить гораздо более легкие рулонные пяльцы со сложными внутренними характеристиками для обеспечения структурной целостности. Также удалось сократить время выполнения заказа на 20-25%. По словам компании, обычные роликовые обручи, изготовленные из алюминия, имели гораздо более длительный срок изготовления и менее стабильны по прочности по сравнению с деталями, произведенными аддитивным способом.

Конструкционные автомобильные детали

Команда McLaren F1 также использует 3D-печать для производства конструктивных деталей автомобилей - только в прошлом году компания напечатала на 3D-принтере конструкционный кронштейн для гоночного автомобиля 2017 года с помощью 3D-принтеров Stratasys. Изготовленный из армированного углеродным волокном нейлона на 3D-принтере FDM, кронштейн был напечатан на 3D-принтере всего за четыре часа по сравнению с предполагаемыми двумя неделями, необходимыми для создания такого компонента с использованием традиционных методов производства.

3D-печать для автоспорта:конкурентное преимущество

Поскольку автоспортные компании постоянно стремятся улучшить характеристики своих автомобилей, соблюдая при этом постоянно меняющиеся гоночные правила, 3D-печать представляет множество преимуществ для отрасли.

Эта технология может помочь сократить время разработки новых конструкций, а также производить детали конечного использования, которые могут дать значительное преимущество в производительности. По мере того, как технология получает все большее распространение, мы увидим появление еще большего количества инновационных приложений, которые приведут команды к победе.