Dlaczego Formuła 1 przechodzi na produkcję przyrostową?

Tak, zgadza się, wszystkie zespoły. Wszystkie 10 zespołów konstruktorów Formuły 1 wykorzystuje produkcję przyrostową do produkcji części do swoich samochodów. W tym roku – podobnie jak co roku w Formule 1 – samochody zostały ulepszone i były szybsze niż kiedykolwiek. W napędzanym technologią i ciągle zmieniającym się świecie Formuły 1 stale badane i stosowane są metody, które umożliwiają ultraszybkie prototypowanie, wysoką precyzję, małą produkcję i tworzenie części we wszystkich rodzajach materiałów i skomplikowanych kształtach. Wraz z postępem technologii drukowania 3D widzimy coraz większe wykorzystanie zespołów Formuły 1. 

Oczywiście inne sporty motorowe, takie jak Indycar, Lemans, WRC, Formuła 2 i 3 oraz Formuła E, również korzystają z zalet technologii wytwarzania przyrostowego. Jednak Formuła 1, być może nieoficjalnym liderem postępu technologicznego, w konkurencyjnych sportach motorowych, była najwcześniejszym nabywcą i największym użytkownikiem. Silne długoterminowe relacje między gigantami druku 3D i zespołami Formuły 1 nie są rzadkie. Zespół Formuły 1 McLarena przekazał informacje w 2017 roku, kiedy podpisał czteroletnią umowę partnerską ze Stratasys. Podobnie jak w przypadku Renault F1 Team i 3D Systems lub Williams Formula One i EOS. 

Kiedy i dlaczego Formuła 1 zaczęła korzystać z drukowania 3D? Jakie części tworzą i jak? I oczywiście, co przyniesie przyszłość dla związku tych dwojga?

Historia druku 3D w Formule 1

Historycznie Formuła 1 była znana z tego, że wcześnie wprowadziła każdą technologię, która może przyczynić się do tworzenia szybszych, lżejszych i mocniejszych samochodów. Obecność drukowania 3D w Formule 1 nie jest niczym nowym, rozmawiając z Patem Warnerem, menedżerem ADM w zespole Renault F1 i znanym ekspertem od produkcji dodatków, powiedział nam, że zespół Renault F1 zakupił pierwszą drukarkę 3D, na początku 1998 roku. Oczywiście korzystanie z AM zaczęło rosnąć dopiero w 2010 roku. 

Drukowanie 3D stało się technologią szybkiego prototypowania i właśnie tam początkowo skorzystały zespoły F1. Aby zespół Formuły 1 odniósł sukces, musi zawsze wprowadzać innowacje, aby jego samochody były szybsze od konkurentów, o czym świadczą krótsze czasy okrążeń. Wymaga to szybkiej iteracji nowych części do samochodów, często w ciągu kilku dni między wyścigami. „Zaletą drukowania 3D jest możliwość szybkiego wydrukowania prototypu, przetestowania go w tunelu aerodynamicznym i szybkiej modyfikacji projektu w razie potrzeby. Gdy część działa, zgodnie ze specyfikacją, zespoły są w stanie również wykorzystać drukowanie 3D do produkcji części końcowej. ”, Wyjaśnia Simon van De Crommert, kierownik sprzedaży w firmie 3D Systems i weteran druku 3D.

W jaki sposób druk 3D współistnieje z innymi technologiami produkcyjnymi?

Biorąc pod uwagę, że tradycyjne metody produkcji, takie jak formowanie wtryskowe i obróbka CNC istnieją od dłuższego czasu niż drukowanie 3D, uzyskanie takiej popularności wydawałoby się niezwykle trudne. Jakie dokładnie korzyści oferują technologie wytwarzania przyrostowego w porównaniu z innymi metodami wytwarzania? Druk 3D pozwala bardzo szybko drukować małe ilości części, w przeciwieństwie do innych metod produkcji, które często wymagają kosztownego i czasochłonnego oprzyrządowania. Jest również w stanie wytwarzać części o dodatkowej złożoności, których w ogóle nie można wykonać przy użyciu tradycyjnych technologii produkcji, a jednocześnie poprawić ich wydajność. W sporcie z tak szybkimi zmianami z jednego wyścigu na drugi chodzi o możliwość szybkiego projektowania i produkcji skomplikowanych części. Z perspektywy oprogramowania aplikacje takie jak optymalizacja topologii pozwalają inżynierom zmniejszyć ciężar części i rozdzielić je niżej w samochodzie (często na podłodze, w celu uzyskania niższego środka ciężkości, co pozwala samochodowi na szybsze pokonywanie zakrętów). Ogólnie rzecz biorąc, szybszy czas do podziału i niższe koszty pomagają zespołom Formuły 1 utrzymać przewagę konkurencyjną.

W przypadku części z tworzyw sztucznych dominacja drukowania 3D jest prawie niemożliwa, ponieważ formowanie wtryskowe jest o wiele bardziej dojrzałą technologią i oferuje znacznie szerszy zakres materiałów. Jednak brak potrzebnych form daje przewagę nad drukiem 3D, dlatego często jest stosowany jako technologia uzupełniająca. Jak powiedział nam Pat Warner: „Dodatek nie odbiera formowania wtryskowego ani obróbki skrawaniem, jest to kolejne narzędzie w pudełku. Wszystkie technologie łączą się, aby stworzyć końcową część. ” 

Jeśli chodzi o produkcję dodatków do metalu , widzimy silną współpracę między technologiami produkcyjnymi. Zwykle to, co wychodzi z drukarki, to część „o kształcie zbliżonym do siatki”, co oznacza, że ​​jest bardzo blisko końcowej części, ale nadal wymaga dodatkowej obróbki. Zwykle CNC służy do końcowej precyzji lub wygładzania itp. Zaletą drukowania 3D jest to, że CNC ogranicza rodzaje cięć, jakie można wykonać. Druk 3D pozwala projektować i produkować o znacznie bogatszej geometrii. Na koniec połączenie tych dwóch elementów pozwala producentowi uzyskać potrzebną część.

Jakie części Formuły 1 są drukowane 3D i za pomocą jakich technologii?

Według zespołu Renault F1, każdy z dwóch samochodów Formuły 1 2019 ma w każdej chwili około 100 (!) wydrukowanych części 3D. Jak można się spodziewać, inżynierowie Formuły 1 nie ograniczają się do korzystania tylko z jednej technologii drukowania 3D. Często używają 2 do 3 osobnych lub nawet łączą je, aby osiągnąć poziom jakości wymagany dla ich części. 

Modelowanie Fused Deposition Modeling (FDM) było jedną z pierwszych technologii, które można zastosować, ponieważ może tworzyć szybkie próbki, urządzenia i prototypy na wczesnym etapie. Podczas gdy tworzywa konstrukcyjne, takie jak nylony, są zwykle materiałem korzystnym do zastosowania w tej technologii, w ostatnich latach zauważyliśmy trend w kierunku stosowania polimerów o wysokiej wydajności, takich jak PEEK i PEKK. Wynika to głównie z wysokiej odporności na ciepło, jaką oferują takie polimery, co jest bardzo pożądane, ponieważ temperatura wokół silnika samochodu Formuły 1 może osiągnąć nawet 2600 ° C (~ 4700 ° F ).Jednak FDM ogranicza się raczej do tych aplikacji, ponieważ nie ma możliwości obsługi części funkcjonalnych. W rezultacie jest głównie wykorzystywany do produkcji części takich jak skrzynki elektryczne, kanały chłodzące i pokrywy.

Stosowana jest również stereolitografia (SLA), ponieważ pozwala ona uzyskać złożone geometrie, co jest powszechnym wymogiem w przypadku niektórych części. Jednak na razie ogranicza się do aplikacji, które nie wymagają dużej siły. Z tego powodu firmy drukujące 3D i producenci materiałów nieustannie opracowują nowe materiały, które mogłyby rozwiązać takie problemy. Na przykład Simon van de Crommert powiedział nam, że „ 3D Systems opracowało nowy materiał we współpracy z dwoma zespołami F1 – Renault i Williams – w celu opracowania nowej wypełnionej ceramiką żywicy epoksydowej SLA do tego konkretnego zastosowania. Obecnie wielkoformatowe maszyny do stereolitografii stały się standardem w produkcji części tunelu aerodynamicznego w skali dla wszystkich zespołów F1 ”.

Technologie złoża proszkowego , takie jak selektywne spiekanie laserowe (SLS) i bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS), wydają się być najczęściej stosowane w Formule 1. Fuzja złoża proszkowego ma wiele zalet w porównaniu z FDM lub SLA. Ma tendencję do tworzenia większej liczby elementów izotropowych, jest bardziej spójny i nie wymaga wsparcia (co oszczędza czas i dodatkowy krok w procesie postprodukcji), co czyni go idealnym dla zespołów F1. Wyjaśnił John Dulchinos, wiceprezes ds. Druku 3D i produkcji cyfrowej w Jabil„Części funkcjonalne, które trafiłyby do samochodu Formuły 1, są najczęściej produkowane w SLS / DMLS. W czasie potrzebnym do wyprodukowania pojedynczej części w FDM możesz uzyskać 10 części w SLS. Może to być korzystne, gdy produkujesz 3-4 warianty projektu, aby sprawdzić, który najbardziej odpowiada Twoim potrzebom. ” Części metalowe produkowane przez zespoły Formuły 1 często zawierają wydechy, części silnika i zawieszenia. 

Jak wygląda przyszłość druku 3D w Formule 1?

Podczas gdy drukowanie 3D było kiedyś używane tylko do szybkiego prototypowania, widzimy, jak rozszerza się ono na produkcję. Jedną z jego największych zalet jest to, że jego potencjał jest tak ogromny, jak wyobraźnia. Podczas rozmowy z Simonem van de Crommert powiedział nam: „Wierzę, że zespoły F1 będą nadal wykorzystywać druk 3D nie tylko do prototypowania części i testowania w tunelu aerodynamicznym. Ale zwiększą także wykorzystanie technologii do produkcji części, które są faktycznie zainstalowane w samochodach. Będzie to napędzane postępami w zakresie nowych materiałów wysokotemperaturowych zaprojektowanych tak, aby wytrzymać upały i rygor wyścigów Formuły 1. Zapewni to dodatkową korzyść polegającą na prototypowaniu i testowaniu części w gotowym materiale, co ostatecznie jeszcze bardziej skróci cykl projektowania ”.

Być może jedną z kluczowych zalet drukowania 3D są oferowane przez niego możliwości projektowe. W dynamicznym środowisku ciągłych przełomów technologicznych, jakie ma Formuła 1, projektowanie i produkcja zoptymalizowanych części ma kluczowe znaczenie, niezależnie od zastosowanej technologii. Jeśli swoboda projektowania druku 3D, oferuje inżynierom unikalne rozwiązania, z pewnością zwiększą wykorzystanie tej technologii. Jeśli nie, zespoły Formuły 1 nie zaczną przechodzić na drukowanie 3D tylko ze względu na zmianę. Jak jednak widzieliśmy, znaki wydają się bardzo pozytywne dla szerszego zastosowania i zastosowania drukowania 3D w Formule 1. John Dulchinos podsumowuje: „W miarę postępu drukowania 3D (i uzyskujemy dostęp do większej różnorodności materiałów), a wyniki drukarek poprawiają się (szybkość, koszt), osiągniemy etap, w którym zdecydowana większość części Formuły 1 zostanie wydrukowana w 3D. ” 

Autor: Filippos Voulpiotis

Źródło: https://www.3dnatives.com