Revolucionando Coches Formula Student con Moldes Fibra Carbono 3D Impresos y Piezas End-Use

Formula Student es un concurso anual de diseño ingenieril donde equipos estudiantiles worldwide construyen y corren coches formula-style. El equipo TU Berlin, FaSTTUBe, es uno de los mayores participantes, fielding 80–90 estudiantes cada año desde 2005.

Esta temporada, FaSTTUBe está pushing the envelope desarrollando tres vehículos distintos: combustión, eléctrico y autónomo. De otoño a verano, el equipo emprende ciclo completo de diseño, fabricación, ensamblaje y testing, juzgado en business model, design concept, cost report y racing performance —especialmente power, efficiency y endurance.

Para acelerar desarrollo y recortar costes, el equipo añadió una impresora SLA Form 3 a su toolkit. La impresora permite producción rápida de partes que de otro modo serían imposibles o prohibitivamente caras.

1. Prototipos: Imprimiendo rápidamente prototipos para componentes como mounts de barra anti-roll y brackets de batería high-voltage.
2. Moldes para piezas fibra carbono: Produciendo una docena de moldes high-precision que permiten fabricación de componentes fibra carbono complejos.
3. Piezas end-use: Aproximadamente 30 piezas finales de coche —button holders, shift pedals, switches volante, conectores manguera y sensor— se imprimen directamente desde resina SLA.

Technical Manager Niklas Werner y Head of Aerodynamics & Carbon Manufacturing Felix Hilken nos guiaron a través de estas innovaciones.

Piezas Fibra Carbono Hand-Laminated sobre Moldes 3D Impresos

Temporada pasada, la placa de carbono del volante era laser-cut y sus grips y housing electrónico se construían via selective laser sintering (SLS). Para reducir peso más, el equipo experimentó con grips huecos, pero la resistencia del material fue insuficiente. Este año eligieron fibra carbono, que ofrece ratios fuerza-peso superiores.

Hilken desarrolló workflow que usa moldes 3D impresos para wet lay-up lamination —forma eficiente de producir piezas fibra carbono con tooling mínimo.

Mira el vídeo para ver cómo funciona el proceso de laminado carbono.

Usando fibra carbono, el peso del housing del volante cayó de 120 g a solo 21 g. Hilken diseñó y construyó el molde en un solo día, permitiendo geometrías prohibitivamente complejas de fabricar por medios tradicionales.

"La belleza de la impresión 3D es que una forma compleja es tan fácil de crear como una simple, usando mismo equipamiento y esfuerzo. Muchas features aquí simplemente no pueden producirse coste-efectivamente con otro proceso," explica Hilken.

Hilken laminó tres capas de fibra carbono sobre molde 3D impreso y luego presionó las capas juntas usando molde negativo secundario.

Seleccionó Tough 1500 Resin por su balance elongación y módulo —permitiendo a piezas flexionar y volver durante desmoldeo. Un molde puede rendir aproximadamente diez piezas, aunque el proceso es operator-dependent; manejo cuidadoso previene fiber sticking o daño al molde.

Comparado a outsourcing moldes CNC-mecanizados aluminio, este enfoque reduce dramáticamente coste y lead time. Sin impresión 3D, el equipo habría enfrentado tooling caro, largos lead times y libertad de diseño limitada.

Fabricación Piezas Fibra Carbono con Moldes 3D Impresos

Descarga el white paper para guidelines comprehensivas de diseño moldes composite e instrucciones paso a paso para prepreg y hand-laminating piezas fibra carbono.

Descargar White Paper

Análisis de Costes y Lead Time

Los moldes 3D impresos in-house recortan tanto costes laborales como de material. Asumiendo rate ingeniero $200/hora, la comparación para el volante es:

Piezas End-Use: De Pedales Shift a Cable Collectors

Más allá de componentes volante, el set completo de piezas volante —button holders, shift pedals, mounts, switches— se imprimen en Form 3 usando Tough 2000 Resin para durabilidad, luego spray-painted para finish uniforme.

En total, el coche presenta alrededor de 30 piezas SLA-impresas. Por ejemplo, cable collectors de Durable Resin organizan neatmente harness tubes alrededor del chasis metálico.

"Esas son geniales para ensamblar wire harness porque se ven bien, y las primeras impresiones importan para los jueces," nota Niklas.

El equipo también planea enclosures 3D impresos adicionales, terminaciones brake-light y componentes TSAL para vehículo eléctrico —indicadores lighting que revelan operación high-voltage.

Prototipando Pieza Generative-Designed Antes de Impresión 3D Metal

La impresión 3D también juega papel crítico prototipando partes complejas topology-optimized. El mount para front-end valve —diseñado via optimización topológica— se imprimió en resina para verificar fit antes de comprometer a impresión 3D metal aluminio.

"Imprimir el prototipo en resina fue coste-efectivo y nos permitió validar diseño rápido. La pieza encaja perfecto, así que ahora se fabricará en aluminio," dice Niklas.

Battery cell holders para coche eléctrico también se prototiparon usando impresión 3D.

Finalizando Coches para Temporada Racing

FaSTTUBe continúa expandiendo alcance de impresión 3D across los tres vehículos. Un major upcoming project es intake airflow fibra carbono que requerirá molde multi-part, ensamblaje y hand lamination.

Los tres coches de carrera están slated para track testing en primavera. Werner, Hilken y el equipo anticipan la temporada comenzará una vez restricciones COVID-19 se levanten.