Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> 3d printen

3D-printen en Formule 1:5 trends in de autosport

In een dynamische omgeving als de Formule 1 is snelheid het sleutelwoord, zowel op als naast de baan. Aangezien het verschil tussen een overwinning of een verlies een marge van slechts enkele seconden kan zijn, is het perfectioneren van de engineering van een raceauto een essentiële vereiste voor elk Formule 1-team.

Maar om snel te reageren op een wereld van steeds veranderende regelgeving en tegelijkertijd een concurrentievoordeel te behouden, is een cultuur van innovatie nodig. Formule 1-ontwerp- en engineeringteams moeten daarom nieuwe ontwerpen kunnen ontwikkelen om de autoprestaties te verbeteren.

Dus waar past 3D-printen in?

Ideaal voor het produceren van snelle iteraties en complexe technische oplossingen, 3D-printen is een belangrijke troef voor ontwerpers en ingenieurs die de productontwikkelingscyclus willen versnellen.

Van prototyping tot het maken van lichtgewicht componenten, we zullen kijken naar hoe Formule 1-teams 3D-printen gebruiken om prestaties en innovatie te verbeteren.

1. Sneller prototypen

Twee belangrijke doelstellingen bij het ontwikkelen van nieuwe ontwerpen voor raceauto-onderdelen zijn:1) het verminderen van de productietijd en 2) het verlagen van de kosten .

Ontwikkelen van fit en functie prototypes is daarom cruciaal voor het valideren van een onderdeel voordat de definitieve versie wordt geproduceerd. Hier komt 3D-printen goed tot zijn recht, door een kosteneffectieve manier te bieden om prototypes te produceren met dezelfde of vergelijkbare eigenschappen als het uiteindelijke onderdeel.

De reglementen en technische specificaties voor Formule 1-teams worden vastgesteld door het motorsportbestuursorgaan FIA (Fédération Internationale de l'Automobile). In dit kader ontwerpen ingenieurs doorgaans elk jaar een nieuwe auto. In dit tempo van verandering is het belangrijk om een ​​prototype zo snel mogelijk in productie te krijgen zodra het is bedacht.

3D-printen maakt het maken van onderdelen veel sneller mogelijk dan conventionele productie zou toestaan. Met de technologie kunnen ingenieurs de tijdrovende stappen van het ontwerpen en produceren van een patroon en mal elimineren voordat ze het onderdeel vervaardigen. Dit komt omdat 3D-printen begint met het digitale CAD-bestand, dat in een fractie van de tijd naar productie kan worden gestuurd.

Als voorbeeld het F1-team op de Williams F1-basis zou meer dan 2.000 3D-geprinte onderdelen per maand kunnen verzenden - een aantal dat niet mogelijk zou zijn als de onderdelen met conventionele productiemiddelen waren geproduceerd.

2. Grotere ontwerpflexibiliteit

3D-printen biedt de mogelijkheid om het ontwerp van componenten snel en kosteneffectief aan te passen . Doordat het ontwerp snel kan worden gewijzigd en in een kort tijdsbestek 3D kan worden geprint, kunnen technici fouten opsporen en het ontwerp in een kortere tijd aanpassen.

Dit is vooral belangrijk voor design, dat voor een uitdaging staat bij het "inpakken". Voor maximaal aerodynamisch voordeel zijn raceauto's ontworpen om strak te zijn, waardoor er niet veel ruimte overblijft binnen de auto zelf. Deze functie maakt het echter ook moeilijk om auto-onderdelen zo te verpakken dat de interne delen van de auto tijdens pitstops gemakkelijk toegankelijk zijn.

Met 3D-printen hebben ingenieurs meer flexibiliteit om snel nieuwe ontwerpen uit te proberen en de best passende componenten en configuraties te ontwikkelen.

3. Verbeterde windtunneltesten

3D-printen is een onmisbaar hulpmiddel geworden voor het produceren van duurzame en nauwkeurige onderdelen voor windtunneltests , een belangrijk middel om de aerodynamische eigenschappen van een raceauto te beoordelen. Aerodynamica is een belangrijk onderdeel van de autosport - door de potentiële krachten op een voertuig te beoordelen en hoe dit de snelheid zal beïnvloeden, kan het het verschil maken tussen een overwinning of een verlies.

Voor F1-teams is het testen van echte auto's doorgaans beperkt tot slechts een paar keer per jaar. Windtunnelmodellen bieden daarom een ​​veel snellere en goedkopere manier om auto-onderdelen te testen.

De windtunneltest houdt in dat een model, 60 procent zo groot als een echte auto, op een loopband wordt geplaatst om dezelfde omstandigheden (hoge snelheden, windkrachten enz.) na te bootsen die een auto tijdens de race zal bereiken en om eventuele aanpassingen aan te brengen. indien nodig.

Momenteel wordt 3D-printen het meest gebruikt om onderdelen te maken die op deze replica raceauto moeten worden getest . Vergeleken met machinale bewerking en modelbouw biedt 3D-printen een snellere, goedkopere en efficiëntere manier om modellen te maken voor windtunneltesten. Een ander voordeel is, wederom, snelheid:als een ontwerpwijziging nodig is, maakt additive manufacturing het gemakkelijker om veel sneller componenten te produceren die in de windtunnel kunnen worden getest.

HetAlfa Romeo Sauber F1-team , bijvoorbeeld, maakt veelvuldig gebruik van SLS- en SLA 3D-printen om onderdelen te produceren, waaronder voorvleugels, remleidingen en ophangingsafdekkingen, evenals motorafdekkingen, interne leidingen en handdeflectors voor automodellen in windtunnels. Het team heeft naar verluidt de technologie kunnen gebruiken om 200 tot 300 plastic onderdelen per werkdag in 3D te printen, en stelt dat "het onmogelijk zou zijn om het op een andere manier te doen dan de productie van onderdelen met additieve fabricage".

4. Snelle productie van gereedschap

3D-printen is ook een technologie van onschatbare waarde als het gaat om producing tooling-apparatuur , van mallen en armaturen tot opofferings- en composietgereedschappen. Met de technologie zijn fabrikanten in staat om complexe, op maat gemaakte gereedschappen te produceren zonder de hoge kosten en lange doorlooptijden die gepaard gaan met traditionele gereedschapsproductie.

FDM-technologie kan bijvoorbeeld worden gebruikt om lay-uptools sneller en kosteneffectiever te produceren met behulp van hoogwaardige materialen zoals ULTEM. Het McLaren Formula One Team heeft de voordelen van AM erkend door FDM te hebben gebruikt om een ​​lay-uptool voor een grote verlenging van de achtervleugelflap in 3D te printen. Het onderdeel, ontworpen om de neerwaartse kracht achter te vergroten, werd in drie dagen geproduceerd met ULTEM 1010-materiaal, waardoor de doorlooptijd aanzienlijk werd verkort.

3D-printen biedt ook het extra voordeel van het on-demand produceren van gereedschappen, waardoor zowel de productie als de montage wordt versneld. Sommige teams gebruiken al 3D-printen op het circuit om tools te produceren die helpen bij last-minute aanpassingen tijdens races. Dit heeft als bijkomend voordeel dat er geen dure koeriersdiensten nodig zijn.

5. Verbeterde prestaties van onderdelen

Wanneer teams de snelheid, betrouwbaarheid en efficiëntie van racewagencomponenten willen verbeteren, kan 3D-printen helpen om de prestaties van onderdelen te verbeteren .

Omdat raceauto's relatief licht moeten zijn, zijn de meest gebruikte metalen aluminium met onderdelen gemaakt van koolstofvezel.

3D-printen is met name geschikt voor de productie van lichtgewicht, complexe thermoplastische en metalen componenten die een aanzienlijk prestatievoordeel kunnen opleveren. In theorie kan gewichtsbesparing door 3D-geprinte onderdelen het verschil maken tussen winnen en verliezen.

Het Alfa Romeo Sauber Formule 1-team , produceert bijvoorbeeld 3D-geprinte metalen componenten voor gebruik op de uiteindelijke auto's, inclusief staande afdekkingen, garageapparatuur, uitlaatcomponenten en verschillende unieke sets intercooler- en radiatorinlaten en -uitlaten per auto.

De uitdagingen van 3D-printen in de autosport

Ondanks het huidige gebruik van 3D-printen binnen de Formule 1 en de autosport als geheel, blijven er nog een aantal uitdagingen over als het gaat om het volledig benutten van het potentieel van de technologie.

#1 Zorgen voor consistentie

Afgewerkte 3D-geprinte onderdelen kunnen vaak variëren als het gaat om het uiteindelijke materiaal en de dimensionale eigenschappen. Aangezien motorsportteams vaak een deel of het grootste deel van het additieve fabricageproces uitbesteden, betekent dit dat u mogelijk niet elke keer precies hetzelfde onderdeel krijgt.

De voordelen die 3D-printen biedt, moedigen veel motorsportbedrijven echter aan om meer 3D-printen in huis te halen om meer controle over het productieproces te krijgen.

#2 onderwijs

Toch kan het in-house 3D-printen een bron van andere uitdagingen zijn, waaronder een gebrek aan technische expertise. Hoewel 3D-printen al een paar decennia bestaat, is de acceptatie binnen de productie als zowel een prototyping- als een productietool geleidelijk gegaan. Dit is ook doorgesijpeld naar het onderwijs - wat betekent dat veel ontwerpers geen uitgebreide ervaring of blootstelling aan additive manufacturing hebben gehad.

Als gevolg hiervan moeten motorsporten die de voordelen van 3D-printen willen benutten, ook bereid zijn te investeren in trainingsprogramma's om de vereiste kennis en vaardigheden op te bouwen.

#3 24-uurs productie beheren

Naarmate de interne 3D-printmogelijkheden van autosportbedrijven groeien, nemen ook de volumes van geproduceerde onderdelen toe. Sommige bedrijven op dit gebied gebruiken meer dan 10 machines en produceren duizenden onderdelen en prototypes per week. Met zulke hoge volumes zullen bedrijven onvermijdelijk voor de uitdaging staan ​​om de productie van 3D-geprinte onderdelen te beheren als er geen workflowbeheersysteem is.

Sommige van deze inefficiënties omvatten het handmatig beheren van het grote aantal inkomende verzoeken, dat dagelijks wordt ontvangen. Een groot deel van deze workflows mist ook zichtbaarheid en traceerbaarheid, vooral omdat bedrijven over faciliteiten en locaties heen werken. Dit betekent dat teams projecten niet efficiënt kunnen volgen tijdens het productieproces.

Een van de manieren om deze uitdaging het hoofd te bieden, is door zoveel mogelijk van de werkstroomfase te automatiseren. Toegewijde software voor workflowautomatisering is een handig hulpmiddel bij het overwinnen van veel van de knelpunten die motorsportbedrijven kunnen tegenkomen bij het beheren van de productie van 3D-printen. Enkele van de voordelen zijn het automatiseren van het aanvraagbeheerproces, taakplanning en het volgen van onderdelen van aanvraag tot productie en daarna.

Huidige gebruiksscenario's

Aangezien 3D-printen nog steeds het meest wordt gebruikt voor prototyping binnen de motorsportsector, bestaat er een algemene misvatting dat de technologie ongeschikt blijft voor het produceren van einddelen met voldoende sterkte en duurzaamheid om te worden gebruikt in hoogwaardige toepassingen zoals raceauto's.

3D-printen wordt echter al gebruikt binnen de hoogste niveaus van motorsporttechniek als een levensvatbaar alternatief voor machinaal bewerkte auto-onderdelen, die zwaarder, minder kostenefficiënt en tijdrovender kunnen zijn om te produceren.

3D-geprinte rolhoepel

Zo wordt er door het Alfa Romeo Sauber F1-team een ​​3D-print in metaal gemaakt van een rolbeugel – een kritieke veiligheidsstructuur die de bestuurder beschermt in geval van een koprol.

Dit onderdeel is met name gemaakt van Scalmalloy, een lichtgewicht metaal dat speciaal is ontwikkeld voor additive manufacturing. Door dit materiaal te gebruiken in combinatie met DMLS (Direct Metal Laser Sintering), kan Sauber F1 een veel lichtere rolbeugel produceren met complexe interne kenmerken voor structurele integriteit. Het is ook in staat geweest om de productiedoorlooptijden met 20-25% te verkorten. De conventionele rolhoepels, die uit aluminium waren vervaardigd, hadden een veel langere doorlooptijd en waren minder consistent in sterkte in vergelijking met het additief geproduceerde onderdeel, aldus het bedrijf.

Structurele auto-onderdelen

Het McLaren F1-team gebruikt ook 3D-printen om structurele auto-onderdelen te produceren. Vorig jaar heeft het bedrijf een structurele beugel voor een raceauto uit 2017 in 3D geprint met behulp van Stratasys 3D-printers. Gemaakt met koolstofvezelversterkt nylon op een FDM 3D-printer, werd de beugel in slechts vier uur 3D-geprint in vergelijking met de geschatte twee weken die nodig zijn om een ​​dergelijk onderdeel te maken met behulp van traditionele productiemethoden.

3D-printen voor motorsport:een concurrentievoordeel

Aangezien autosportbedrijven er voortdurend naar streven om de prestaties van hun auto's te verbeteren en tegelijkertijd te voldoen aan de steeds veranderende racevoorschriften, biedt 3D-printen een overvloed aan voordelen voor de sector.

De technologie kan helpen om de ontwikkelingstijd voor nieuwe ontwerpen te verkorten en om onderdelen voor eindgebruik te produceren die een aanzienlijk prestatievoordeel kunnen bieden. Naarmate de technologie steeds meer wordt toegepast, zullen we nog meer innovatieve toepassingen tot leven zien komen, die teams naar de overwinning stuwen.


3d printen

  1. 3D-geprinte kunststof onderdelen lassen en lijmen
  2. Industrieel 3D-printen:6 trends om op te letten in 2018
  3. 3D-printen en robotica combineren om slimme fabrieken te creëren
  4. Generatief ontwerp en 3D-printen:de productie van morgen
  5. Motorsport, Performance Racing en 3D Printing:een interview met Revannth Murugesan van Carbon Performance
  6. 5 belangrijke 3D-printtrends die u in 2019 kunt verwachten
  7. 5 opwindende trends in 3D-printsoftware
  8. De evolutie van de markt voor 3D-printmaterialen:trends en kansen in 2019
  9. De 10 beste 3D-printtrends die je kunt verwachten in 2020
  10. Interview met expert:Fedor Antonov, CEO van Anisoprint over waarom composiet 3D-printen een van de grootste trends in AM is
  11. Additieve productie in de geneeskunde en tandheelkunde