Impresión 3D y Fórmula Uno:5 tendencias en los deportes de motor

En un entorno dinámico como la Fórmula Uno, la velocidad es clave, tanto dentro como fuera de la pista. Dado que la diferencia entre una victoria o una derrota podría ser un margen de meros segundos, perfeccionar la ingeniería de un coche de carreras es un imperativo clave de cualquier equipo de Fórmula Uno.

Pero responder rápidamente a un mundo de regulaciones en constante cambio mientras se mantiene una ventaja competitiva requiere una cultura de innovación. Los equipos de diseño e ingeniería de la Fórmula Uno deben, por lo tanto, poder desarrollar nuevos diseños para mejorar el rendimiento del automóvil.

Entonces, ¿dónde encaja la impresión 3D?

Ideal para producir iteraciones rápidas y soluciones de ingeniería complejas, la impresión 3D es un activo importante para los diseñadores e ingenieros que buscan acelerar el ciclo de desarrollo de productos.

Desde la creación de prototipos hasta la creación de componentes ligeros, veremos cómo los equipos de Fórmula Uno utilizan la impresión 3D para impulsar el rendimiento y la innovación.

1. Creación de prototipos más rápida

Dos objetivos clave al desarrollar nuevos diseños para componentes de autos de carrera son: 1) reducir el tiempo de producción y 2) reducir los costos .

Desarrollo de prototipos de ajuste y función por tanto, es fundamental para validar una pieza antes de producir la versión final. Aquí, la impresión 3D se destaca al proporcionar un medio rentable de producir prototipos con propiedades iguales o similares a las de la pieza final.

Los reglamentos y especificaciones técnicas para los equipos de Fórmula Uno son establecidos por el organismo rector del automovilismo FIA (Fédération Internationale de l’Automobile). Dentro de este marco, los ingenieros suelen diseñar un coche nuevo cada año. A este ritmo de cambio, es importante llevar un prototipo a producción tan pronto como sea posible tan pronto como se conciba.

La impresión 3D permite la fabricación de piezas mucho más rápido de lo que permitiría la fabricación convencional. Con la tecnología, los ingenieros pueden eliminar los pasos que requieren mucho tiempo para diseñar y producir un patrón y un molde antes de fabricar la pieza. Esto se debe a que la impresión 3D comienza con el archivo CAD digital, que se puede enviar a producción en solo una fracción del tiempo.

Por ejemplo, el equipo de F1 en la base de Williams F1 se dice que puede enviar más de 2.000 piezas impresas en 3D por mes, una cantidad que no sería posible si las piezas se hubieran producido con medios de fabricación convencionales.

2. Mayor flexibilidad de diseño

La impresión 3D ofrece la posibilidad de modificar el diseño de los componentes de forma rápida y rentable . Poder realizar cambios rápidos en el diseño e imprimirlos en 3D en un período de tiempo corto significa que los ingenieros pueden encontrar errores y modificar el diseño en un espacio de tiempo más corto.

Esto es particularmente importante para el diseño, que se enfrenta a un desafío de "embalaje". Para obtener la máxima ventaja aerodinámica, los autos de carrera están diseñados para ser elegantes, sin dejar mucho espacio dentro del propio auto. Sin embargo, esta característica también dificulta el empaquetado de los componentes del automóvil de una manera que permita el fácil acceso a las partes interiores del automóvil durante las paradas en boxes.

Con la impresión 3D, los ingenieros tienen mayor flexibilidad para probar nuevos diseños rápidamente y desarrollar los componentes y configuraciones que mejor se adapten.

3. Pruebas mejoradas en túnel de viento

La impresión 3D se ha convertido en una herramienta indispensable para producir piezas duraderas y precisas para pruebas en túnel de viento , un medio importante para evaluar las propiedades aerodinámicas de un coche de carreras. La aerodinámica es un elemento importante de los deportes de motor:al evaluar las fuerzas potenciales en un vehículo y cómo esto afectará su velocidad, podría marcar la diferencia entre una victoria o una derrota.

Para los equipos de F1, la prueba de autos de la vida real generalmente se limita a solo unas pocas veces al año. Los modelos de túnel de viento, por lo tanto, proporcionan una forma mucho más rápida y económica de probar piezas de automóviles.

La prueba del túnel de viento consiste en colocar un modelo, al 60 por ciento del tamaño de un automóvil real, en una cinta de correr para imitar las mismas condiciones (altas velocidades, fuerzas del viento, etc.) que alcanzará un automóvil durante la carrera y realizar los ajustes necesarios. si necesario.

Actualmente, la impresión 3D se utiliza más ampliamente para crear piezas que se probarán en esta réplica de un coche de carreras . . En comparación con el mecanizado y la fabricación de modelos, la impresión 3D ofrece una forma más rápida, económica y eficiente de producir modelos para pruebas en túnel de viento. Otra ventaja es, nuevamente, la velocidad:si es necesario un cambio de diseño, la fabricación aditiva facilita la producción de componentes que se pueden probar en el túnel de viento mucho más rápido.

El equipo Alfa Romeo Sauber F1 , por ejemplo, utiliza ampliamente la impresión 3D SLS y SLA para producir piezas que incluyen aletas delanteras, conductos de freno y cubiertas de suspensión, así como cubiertas de motor, conductos internos y deflectores manuales para modelos de automóviles de túnel de viento. Según los informes, el equipo ha podido utilizar la tecnología para imprimir en 3D de 200 a 300 piezas de plástico por día de trabajo, afirmando que "sería imposible hacerlo de otra forma que no sea la producción de piezas de fabricación aditiva".

4. Producción rápida de herramientas

La impresión 3D también es una tecnología invaluable cuando se trata de p roducir equipos de herramientas , desde plantillas y accesorios hasta herramientas de sacrificio y compuestas. Con la tecnología, los fabricantes pueden producir herramientas complejas y personalizadas sin los altos costos y los largos plazos de entrega asociados con la producción de herramientas tradicionales.

Por ejemplo, la tecnología FDM se puede utilizar para producir herramientas de laminado de forma más rápida y rentable, utilizando materiales de alto rendimiento como ULTEM. El equipo de Fórmula Uno McLaren ha reconocido los beneficios de AM, habiendo utilizado FDM para imprimir en 3D una herramienta de laminado para una gran extensión de aleta trasera. La pieza, diseñada para aumentar la carga aerodinámica trasera, se fabricó con material ULTEM 1010 en tres días, lo que reduce significativamente el tiempo de entrega.

La impresión 3D también ofrece el beneficio adicional de producir herramientas bajo demanda, lo que acelera tanto la producción como el ensamblaje. Algunos equipos ya están utilizando la impresión 3D en la pista para producir herramientas que ayuden con las modificaciones de última hora durante las carreras. Esto tiene el beneficio adicional de eliminar la necesidad de costosos servicios de mensajería.

5. Rendimiento mejorado de la pieza

Cuando los equipos buscan mejorar la velocidad, la confiabilidad y la eficiencia de los componentes de los autos de carreras, la impresión 3D puede ayudar a mejorar el rendimiento de las piezas .

Dado que los autos de carrera deben ser relativamente livianos, los metales más utilizados son el aluminio con partes hechas de fibra de carbono.

La impresión 3D es especialmente adecuada para la producción de componentes termoplásticos y metálicos livianos y complejos que pueden crear una ventaja de rendimiento significativa. En teoría, el ahorro de peso que ofrecen las piezas impresas en 3D puede marcar la diferencia entre ganar y perder.

El equipo de Fórmula 1 Alfa Romeo Sauber , por ejemplo, produce componentes metálicos impresos en 3D para su uso en los automóviles finales, incluidas cubiertas verticales, equipos de garaje, componentes de escape y varios conjuntos únicos de entradas y salidas de intercooler y radiador por automóvil.

Los desafíos de la impresión 3D en los deportes de motor

A pesar de los usos actuales de la impresión 3D dentro de la Fórmula Uno y los deportes de motor en general, aún quedan varios desafíos cuando se trata de maximizar completamente el potencial de la tecnología.

N.º 1 Garantizar la coherencia

Las piezas terminadas impresas en 3D a menudo pueden variar en lo que respecta al material final y las propiedades dimensionales. Dado que los equipos de deportes de motor a menudo subcontratan parte o la mayor parte del proceso de fabricación aditiva, esto significa que es posible que no obtenga exactamente la misma parte cada vez.

Sin embargo, las ventajas que ofrece la impresión 3D alientan a muchas empresas de deportes de motor a llevar más impresión 3D internamente para tener más control sobre el proceso de fabricación.

# 2 Educación

Sin embargo, la impresión 3D interna puede ser una fuente de otros desafíos, uno de los cuales es la falta de experiencia técnica. Si bien la impresión 3D ha existido durante algunas décadas, la adopción dentro de la fabricación como herramienta de producción y creación de prototipos ha sido gradual. Esto también se ha filtrado a la educación, lo que significa que muchos diseñadores no han tenido una amplia experiencia o exposición a la fabricación aditiva.

Como resultado, los deportes de motor que buscan aprovechar los beneficios de la impresión 3D también deben estar preparados para invertir en programas de capacitación como un medio para desarrollar la base de conocimientos y habilidades necesarias.

N.º 3 Gestión de la producción de 24 horas

A medida que aumentan las capacidades de impresión 3D internas de las empresas de deportes de motor, también lo hacen los volúmenes de piezas producidas. Algunas empresas de este campo utilizan más de 10 máquinas y producen miles de piezas y prototipos por semana. Con volúmenes tan altos, las empresas inevitablemente se enfrentarán al desafío de administrar la producción de piezas impresas en 3D si no existe un sistema de administración de flujo de trabajo.

Algunas de estas ineficiencias incluyen la gestión manual del gran volumen de solicitudes entrantes que se reciben a diario. Una gran parte de estos flujos de trabajo también carece de visibilidad y trazabilidad, especialmente cuando las empresas trabajan en instalaciones y ubicaciones. Esto significa que los equipos no pueden realizar un seguimiento eficiente de los proyectos a lo largo del proceso de producción.

Una de las formas de superar este desafío es automatizar la mayor parte posible de la etapa del flujo de trabajo. El software de automatización de flujo de trabajo dedicado se presenta como una herramienta útil para superar muchos de los cuellos de botella que las empresas de deportes de motor pueden encontrar al administrar la producción de impresión 3D. Algunos de los beneficios incluyen la automatización del proceso de gestión de solicitudes, la programación de trabajos y el seguimiento de las piezas desde la solicitud hasta la producción y más allá.

Casos de uso actuales

Dado que la impresión 3D todavía se usa más comúnmente para la creación de prototipos en el sector de los deportes de motor, existe la idea errónea de que la tecnología sigue siendo inadecuada para producir piezas finales con suficiente resistencia y durabilidad para usarse en aplicaciones de alto rendimiento como autos de carreras.

Sin embargo, la impresión 3D ya se está utilizando dentro de los niveles más altos de la ingeniería del automovilismo como una alternativa viable a las piezas de automóviles mecanizadas, que pueden ser más pesadas, menos rentables y más laboriosas de producir.

Aro de rollo impreso en 3D

Por ejemplo, un aro rodante, una estructura de seguridad crítica que protege al conductor en caso de un vuelco, está siendo impreso en 3D en metal por el equipo Alfa Romeo Sauber F1.

En particular, esta pieza está hecha de Scalmalloy, un metal liviano desarrollado específicamente para la fabricación aditiva. Al usar este material junto con DMLS (Sinterizado por láser de metal directo), Sauber F1 puede producir un aro de rollo mucho más liviano con características internas complejas para la integridad estructural. También ha podido reducir los plazos de producción en un 20-25%. Los aros de rodillo convencionales, que se fabricaron a partir de aluminio, tenían un tiempo de entrega mucho más largo y eran menos consistentes en resistencia en comparación con la pieza producida de forma aditiva, según la empresa.

Piezas estructurales de automóviles

El equipo McLaren F1 Team también está utilizando la impresión 3D para producir piezas estructurales de automóviles; el año pasado, la compañía imprimió en 3D un soporte estructural para un automóvil de carreras 2017 utilizando impresoras 3D de Stratasys. Fabricado con nailon reforzado con fibra de carbono en una impresora 3D FDM, el soporte se imprimió en 3D en solo cuatro horas en comparación con las dos semanas estimadas necesarias para crear dicho componente utilizando métodos de fabricación tradicionales.

Impresión 3D para deportes de motor:una ventaja competitiva

A medida que las empresas de deportes de motor se esfuerzan continuamente por mejorar el rendimiento de sus coches y al mismo tiempo cumplen con las regulaciones de carreras en constante cambio, la impresión 3D presenta una gran cantidad de beneficios para el sector.

La tecnología puede ayudar a reducir el tiempo de desarrollo de nuevos diseños, así como a producir piezas de uso final que podrían ofrecer una ventaja de rendimiento significativa. A medida que la tecnología se adopte cada vez más, veremos que incluso más aplicaciones innovadoras cobran vida, impulsando a los equipos hacia la victoria.