Stratasys, команда Champion Motorsport тестирует базовую технологию 3D-печати

27 июня модифицированный автомобиль 911 Porsche GT2 RS Clubsport от Champion Motorsport (Помпано-Бич, Флорида, США) финишировал первым в дивизионе Time Attack 1 99 ^-го Международный подъем на холм Пайкс-Пик в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо, США

Одним из секретов успеха команды была аэродинамическая структура автомобиля - крылья, распорки днища, диффузор и другие компоненты автомобиля, которые более эффективно перемещают воздух вокруг автомобиля во время движения. Многие из этих компонентов были напечатаны на 3D-принтере партнером Stratasys (Реховет, Израиль и Иден-Прери, Миннесота, США), включая успешное первое применение новой безинструментальной технологии сэндвич-сердцевины с углеродным волокном.

Проверка инструментов и основных технологий, напечатанных на 3D-принтере

Champion Motorsport был клиентом Stratasys в течение нескольких лет, «но это партнерство превратилось в нечто большее, чем типичные отношения поставщик / заказчик», - говорит Аллен Кример, старший инженер по стратегическим приложениям в Stratasys. Например, Stratasys и Champion ранее работали вместе, чтобы протестировать новую технику, которую Stratasys разработала для 3D-печати растворимых инструментов. С помощью этой технологии на растворимую пластиковую сердцевину в форме воздуховода или другой трубчатой ​​детали печатают, а затем оборачивают препрегом из углеродного волокна. При использовании резервуара для удаления растворимой подложки напечатанная оснастка растворяется, оставляя цельный, готовый, полый композитный канал.

«Это было действительно началом нашего партнерства с Champion Motorsport, где мы вместе работали над созданием этого очень сложного бесшовного воздуховода из углеродного волокна нетрадиционным способом, без границ, как при обработке или формовании с ЧПУ», - говорит Патрик Кэри, старший вице-президент. - Америка, продукты и решения Stratasys.

В 2019 году компании решили стать партнером проекта по тестированию новой итерации той же технологии:напечатанного на 3D-принтере сердечника, обернутого углеродным волокном, которого нет растворяться в воде, которая вместо этого является структурным ядром для готовой детали или прототипа.

Кример объясняет, что для сэндвич-компонентов обработка и формование материалов сердцевины - будь то гибкие алюминиевые соты, жесткая конструкционная пена или что-то еще - может быть трудным и дорогостоящим, требуя формовки или механической обработки, а затем формования композитных обшивок из углеродного волокна в специальной форме. Stratasys печатает жесткую сотовую основу из высокотемпературного пластика SABIC (Эр-Рияд, Саудовская Аравия) Ultem 1010. «Мы печатаем точную форму, чтобы она соответствовала автомобилю, а затем просто оборачиваем углеродным волокном, пакетом и полимеризуем без использования формы», - говорит Кример. «Мы начали с растворимых сердечников, которые до сих пор используют наши клиенты, а теперь перешли на эти многослойные сердечники, которые найдут широкое применение в аэрокосмической и автомобильной промышленности».

«Мы называем это« без инструментов », и это действительно ключ», - добавляет Кэри. «Мы создали это приложение, чтобы пропустить весь процесс создания формы с последующим укладыванием в нее». Он отмечает, что отказ от инструментов также позволяет легко изменять форму по мере необходимости.

Отмеченная наградами аэродинамика, напечатанная на 3D-принтере

По словам Кэри, в проекте Champion Motorsport три разные технологии были включены в 16 общих аэродинамических деталей, которые Stratasys построила либо для прототипирования, либо для окончательной установки на гоночном автомобиле. «Мы напечатали сердечники Ultem 1010 [обернутые углеродным волокном], мы напечатали на 3D-принтере некоторые детали из нейлона 12, наполненного углеродным волокном, и мы напечатали детали из нейлона 6, когда требовались гибкость и ударная вязкость».

Самая большая часть представляла собой прототип заднего диффузора длиной 7 футов и шириной 5 футов, который был построен для тестирования окончательной конструкции детали. Он был напечатан в виде семи частей на принтере F900 для моделирования методом наплавленного осаждения (FDM) Stratasys с использованием полиэфиримидного полимера Ultem 1010 (PEI), соединенных вместе, обернутых препрегом из углеродного волокна, упакованного в пакеты и отвержденного в печи. Срок изготовления детали составлял около пяти дней на печать и чуть более 24 часов на простоя и исправление:«Это было очень быстро, и то, что нам было нужно в то время», - отмечает Крис Лью, инженер-механик в Champion Motorsport.

Из-за неуверенности в том, можно ли проводить этим летом личные мероприятия из-за COVID-19, «проект был запущен в последнюю минуту, и одновременно требовалось задействовать множество систем», - объясняет Лью. «Аэродинамика - одна из них, и обычно это очень трудоемкий процесс», заключающийся в разработке, тестировании и итерациях компонентов, - говорит он. Обычные методы потребуют создания инструментов, ручной укладки на пресс-форму, а также резки и подгонки сердечника. «Без этого процесса мы не смогли бы уложиться в установленные сроки для тестирования машины на треке», - говорит Лью.

Передний сплиттер автомобиля также был прототипирован и испытан аналогичным образом. Для деталей, которые были прототипами, окончательные производственные детали были изготовлены с использованием традиционных инструментов, но часть прототипа использовалась как образец для тестирования различных итераций. Кэри отмечает:«Благодаря процессу без инструментов мы можем выполнять итерацию быстрее, тестировать, а затем выполнять итерации быстрее, тестировать. С традиционными инструментами вы никогда не сможете повторять итерации, вы просто создаете один, и вы застряли на нем. Здесь мы можем создать настоящую деталь, протестировать ее и извлечь уроки из нее ».

Компания Stratasys также произвела ряд более мелких производственных деталей. Например, крылышки по обеим сторонам переднего бампера автомобиля были напечатаны из нейлона 12 с 35% углеродным волокном, боковые юбки автомобиля также были напечатаны с использованием Ultem 1010 с сотовым внутренним заполнением, а затем обернуты углеродным волокном.

Многие из аэродинамических «обводок» автомобиля - небольшие детали, похожие на плавники, которые крепятся болтами к внешней стороне автомобиля в стратегических точках, чтобы помочь контролировать воздушный поток вокруг него - также были напечатаны либо из нейлона 12 с углеродным волокном, либо из неармированного нейлона 6. Они детали разработаны таким образом, чтобы их можно было легко модернизировать или заменять по мере необходимости из-за повреждений или износа. «На Пайкс-Пик есть немало неровностей местности, которые потенциально могут нанести ущерб, поэтому возможность легко заменить [стропы] была ключевой для нас», - добавляет Лью. Было также напечатано и доставлено несколько запасных комплектов для легкой замены во время гонки по мере необходимости.

За пределами Пайкс-Пика

По словам Кримера, гонка на Пайкс-Пик стала идеальной гонкой для тестирования этой технологии из-за уникальных условий, характерных для этого соревнования, которое проводится на высоте 14000 футов в самой высокой точке. «Все гоночные автомобили используют прижимную силу, чтобы подтолкнуть машину к трассе, чтобы получить сцепление с дорогой, но именно эти машины на Пайкс-Пик не похожи ни на какой другой вид автоспорта в мире, потому что им нужны действительно преувеличенные аэродинамические эффекты, чтобы удерживать машины на трассе [ на этой высоте] ». В результате крылья и другие аэродинамические компоненты стали больше, чем у гоночных автомобилей любого другого типа.

В дальнейшем Stratasys планирует представить свою безинструментальную печатную базовую технологию другим гоночным компаниям для изготовления аналогичных аэродинамических деталей. Кэри говорит, что в будущем есть много других потенциальных применений в мелкосерийных автомобильных деталях, деталях для прогулочного судоходства или даже в авиакосмической технике. «Мы считаем, что любое приложение, требующее итераций или нестандартного дизайна, может принести дополнительную пользу», - говорит он.