Hoe 3D-printen en CNC-bewerkingsprototypes de snelste auto's sneller maken

De Hennessey Venom GT heeft zojuist 270 MPH op een landingsbaan bereikt. De Koenigsegg One:1 vindt dat schattig. En dat komt omdat hij 280 MPH zou moeten kunnen halen. Oh, en het kan als een gek om de hoek gaan. Welkom bij de nieuwe koning van snelheid en een snelle (geen woordspeling) blik op de technologie die is gebruikt om deze auto's nieuwe records te laten breken, CNC-bewerking.

Door de geschiedenis heen heeft onze soort een aangeboren obsessie voor snelheid ontwikkeld. Of het nu struisvogels waren in de oudheid, paarden of auto's in recentere tijden, racecompetities hebben mensen altijd aangemoedigd om te innoveren en een concurrentievoordeel te behalen ten opzichte van hun tegenstanders. Dit is alleen maar versterkt na de creatie van auto's aan het eind van de 19 ^de eeuw. Liefhebbers en fabrikanten worden constant gedreven om te innoveren en snellere auto's te ontwikkelen, en dit is waar CNC-bewerking en 3D-printen om de hoek komen kijken. Deze prototyping en lage fabricagetechnologieën stellen fabrikanten in staat om lichtere en nauwkeurigere auto-onderdelen te maken met een betere aerodynamica, waardoor auto's nieuwe grenzen. Laten we, voordat we in de snelste auto's van vandaag duiken, eens kijken naar de technologie die alle innovatie aandrijft.

De CNC-machine en 3D-printer

CNC- of computergestuurde machines zijn elektromechanische apparaten die via computerprogramma's nauwkeurige fysieke prototypen van ontwerpen kunnen maken. De technologie werd voor het eerst ontwikkeld in de jaren 40 en 50. Destijds waren handmatig geschreven codes nodig om deze machines te bedienen. Maar sinds de uitvinding van computers heeft deze technologie nieuwe wegen bereikt. In tegenstelling tot zijn concurrent, 3D-printen, is CNC-bewerking een subtractief proces. Dit betekent dat het begint met een blok van het gewenste materiaal en er precies doorheen en eromheen snijdt met behulp van meerdere gereedschapskoppen om de gewenste 3D-prototypes te maken. De computercode die voor deze specifieke technologie wordt gebruikt, wordt de G-code genoemd. De precisie wordt gemeten in een duizendste van een inch, wat dicht bij de breedte van een enkele haarstreng ligt. CNC-machines worden meestal bediend met boren, draaibanken en freesmachines, waarvan de laatste de meest bruikbare is. Fabrikanten kunnen een breed scala aan materialen gebruiken voor CNC-bewerking, afhankelijk van hun product.

3D-printen of additive manufacturing is een proces waarbij 3D-vaste objecten worden gemaakt van een digitaal CAD-bestand. Het creëren van een 3D-geprint object wordt bereikt met behulp van additieve processen. In een additief proces wordt een object gecreëerd door opeenvolgende lagen materiaal neer te leggen totdat het object uiteindelijk wordt gecreëerd. Elk van deze lagen kan worden gezien als een dun gesneden horizontale doorsnede van het uiteindelijke object. Met 3D-printen kun je complexe (functionele) vormen maken met minder materiaal dan traditionele productiemethoden.

Gebruik van CNC-bewerking en 3D-printen in de auto-industrie

CNC-machines worden gebruikt om materialen zoals staal en aluminium te manipuleren om met uiterste precisie een verscheidenheid aan auto-onderdelen te maken, zoals de motorzuigers, remschijven, carrosseriedelen, enz. De fabrikanten zullen doorgaans eerst prototypes ontwerpen met behulp van 3D-printers en deze vervolgens via G-Code in de CNC-machine verwerken. Deze prototypes voor CNC-bewerking ondergaan vervolgens experimenten met verschillende ontwerpen, waardoor de fabrikanten het beste ontwerp kunnen ontwikkelen voor de maximale snelheid en efficiëntie van hun voertuigen. De precisie van de machine helpt ook om overtollig en onnodig gewicht af te snijden, waardoor de auto's lichter en sneller zijn.

Er zijn onderdelen en componenten van een auto, zoals een versnellingsbak, chassis of de aandrijfas, die zo ingewikkeld zijn in hun ontwerp dat het ongelooflijk moeilijk kan worden om deze componenten door handarbeid te verwerken en te produceren. Door CNC-bewerking &3D-printen van prototypes kunnen deze onderdelen in een fractie van de tijd met de hoogste efficiëntie worden geproduceerd, voorzien van de juiste codering.

De vier fasen van autoproductie; stempelen, lassen, schilderen en assembleren kunnen allemaal worden bestuurd en bediend door de CNC-bewerkingsmachines, tot het punt waarop menselijke tussenkomst helemaal niet nodig is. Dit is te zien in de nieuwe Tesla-fabriek waar ze bijna volledig op automatisering vertrouwden, ongeacht de publieke kritiek.

High-end sportwagenmerken zoals Bugatti, Pagani en Ferrari zijn afhankelijk van de kleinste veranderingen om hun gewenste benchmark te bereiken. Het gewicht van de componenten en de aerodynamica van een voertuig spelen een grote rol bij het behalen van deze benchmarks. Dit is waar CNC-bewerking uiterst nuttig wordt, evenals het gebruik van ultralichtgewicht koolstofvezel. De onberispelijke precisie van deze machines maakt de ingewikkelde ontwerpen van deze sportwagens mogelijk, waardoor de snelste auto's worden gemaakt die de wereld betoveren.

Het nieuwere model van CNC, dat in 5 verschillende assen kan werken, versnelt de productie boven alles. Deze innovaties kunnen de problemen oplossen waarmee bedrijven als Tesla nu worden geconfronteerd met hun productielimiet, aangezien het aanbod relatief schaars is in vergelijking met de vraag.

Het is gebruikelijk voor grote bedrijven om te vertrouwen op CNC-bewerkingen voor hun productie en om elke mogelijkheid van menselijke fouten in het proces te elimineren. Porsche is zelfs een stap verder gegaan door hun 911 Spyder volledig te ontwerpen met CAD (computer-aided design), een vorm van CNC-bewerking.

Hoewel CNC-machines al tientallen jaren bestaan, zijn ze nog steeds vrij duur, dus kleinere fabrikanten kunnen er niet altijd op vertrouwen en dit is waar 3D-printers nuttig zijn geworden. De CNC-machine gebruikt een reeks gereedschapskoppen voor het uitvoeren van een groot aantal taken, die enorme kosten met zich mee kunnen brengen. Maar de precisie en efficiëntie van CNC-machines is met geen enkel ander alternatief te vergelijken. Laten we eens kijken hoe CNC-machines en 3D-printtechnologie hebben geholpen om vandaag de snelste auto op de weg te maken.

Koenigsegg's Agera R en Agera S zijn niet wat je zou noemen tamme, saaie auto's, want ze hebben meer dan 1.000 pk en zijn erg licht van gewicht. Een paar jaar geleden hoorde hun productieteamleider Christian geruchten over wat er van Porsche, Ferrari en McLaren zou komen. Hij wilde voorbereid zijn met iets dat hen aankon.

De Koenigsegg One:1 heeft 1.360 pk bij 7.500 tpm (8.250 rode lijnen) en 1.000 NM (737 lb-ft) koppel van 3.000 tot 7.500 tpm uit een herziene versie van Koenigsegg's 5.0 liter turbo V8. Dat is veel, een waanzinnig bedrag.

Christian zegt dat ze de One:1 graag 's werelds eerste 'mega-auto' noemen. Niet omdat het niet in een klasse past, maar omdat 1.360 pk gelijk staat aan 1 megawatt. Het zou meer vermogen kunnen leveren met meer boost, maar ze wilden een balans bereiken die gelijk was aan meer rijeigenschappen en respons. Het doel van Christian was een motor die op volle kracht rond 2.500 tpm kwam, een turbo met een hogere boost zou dat hebben uitgesteld tot 4.000 tpm. De koppelcurve op de One:1 is gewoonweg fascinerend. Het is niet helemaal vlak, maar het is verdomd dichtbij.

Het maakt ook gebruik van een nieuwe turbocompressor met variabele geometrie met iets dat je niet elke dag hoort:de binnenkant is 3D-geprint. Dat hielp hen de gewenste vorm te bereiken en het gewicht laag te houden.

Naast de binnenkant van de turbocompressor wordt 3D-printen gebruikt op de uitlaattip.

Een platform als https://www.3dnatives.com is de belangrijkste bron voor alles wat met 3D-printen en additive manufacturing te maken heeft, van daaruit kun je alles leren over 3D-printen.

In feite is deze uitlaattip het grootste stuk 3D-geprint titanium dat ooit is gebouwd. Het duurt eigenlijk drie hele dagen om te produceren. Dat zou verbazingwekkend inefficiënt zijn voor een in massa geproduceerde auto, maar het werkt eigenlijk in het voordeel van een op maat gemaakte fabrikant als Koenigsegg. In plaats van om te gaan met dure leveranciers die te complex zijn om slechts zes stuks van te krijgen, kunnen ze met 3D-printen hun workflow beheren.

Aan de buitenkant lijkt de monocoque op die van de Agera, maar de One:1 gebruikt een geheel nieuw weefsel van koolstofvezel dat tot 40% lichter kan zijn dan het weefsel dat in de Agera wordt gebruikt. In feite is deze nieuwe generatie koolstofvezel dezelfde die je op nieuwe F1-auto's ziet. Koolstofvezel is vederlicht en een echte game-changer in deze razendsnelle auto's.

Houd nu vast aan uw stoel, want hier betreedt Koenigsegg onbekende wateren. Voor het eerst gebruikt het kleine bedrijf uit Angelholm actieve aerodynamica. Aan de onderkant van de voorkant zijn uitsparingen toegevoegd aan de koolstofvezel om deze te verzwakken. Dan zijn er hydraulische aandrijvingen die daadwerkelijk worden gebruikt om de koolstofvezel te buigen en de lucht door het lichaam en door de motorkap naar buiten te leiden. Wanneer de auto in de topsnelheidsmodus staat, zijn de kleppen gesloten om de neerwaartse druk te verminderen en het zo stealth mogelijk te maken.

Geef de koolstofvezel door, alstublieft. Alles, ja, alles is koolstofvezel. De stoelen, de wielen, de carrosserie, de monocoque veiligheidskooi, zelfs de zonnekleppen zijn van koolstofvezel, wat volgens Christian hen ongeveer 100 gram per stuk heeft bespaard. Het punt is, dat klinkt misschien niet als veel, maar alle kleine beetjes tellen hier.

Zo weegt de One:1 1360 kilogram. En dat is geen droog gewicht. Het is met een halve tank benzine en alle andere vloeistoffen vol. Echt een geweldige prestatie.

De Koenigsegg 1 is het afgelopen jaar echter overgenomen toen Bugatti met de lancering van de Chiron zijn titel voor snelste auto terugnam. Om deze baby te zien vliegen, bekijk deze video van de tien snelste auto's die zijn gemaakt https://www.youtube.com/watch?v=73V0Y1HL6G8.

Ik zou mijn geld inzetten op Christian en zijn team die in de loop van het volgende jaar weer op pole position zouden lanceren en CNC-bewerking erachter.