F1车队将3D打印应用到赛车运动中的多种方式

2023-08-04

在一项速度、减重和开发周期至关重要的运动中，3D打印和F1的结合便不足为奇。每年，3D打印在F1赛车中的使用都在扩大，多家车队正在利用该技术比以往更快的推动他们的开发流程。本文探讨了其中一些3D打印工作以及团队和制造商如何将该技术融入到这项运动中。有很多例子可供选择，但最后，我们重点介绍了迄今为止在F1中发生的六个项目。
本文转载自公众号「增材制造技术前沿」

1. 迈凯伦3D打印后翼模具

用于McLaren MCL32后翼瓣的复合材料铺设工具，使用ULTEM1010材料在Stratasys Fortus900mc 3D打印机上生产。

2017年，迈凯伦宣布通过购买更多3D打印机来扩大与3D打印公司Stratasys的制造关系。该团队一直在使用该公司的熔融沉积(FDM)打印机来打印零件、加速汽车开发和制造热敏部件，但希望提高制造能力。

迈凯伦展示的众多3D打印升级部件之一是其后翼瓣。虽然竞赛翼瓣本身不是3D打印的，但用于模制碳纤维增强复合材料的铺层工具却是3D打印的。该工具是在Fortus900mc Production 3D打印机上使用ULTEM1010材料制作的，打印花了三天时间。借助这项技术，迈凯伦能够快速改变赛道特定的下压力要求，并确保其赛车能够发挥最佳性能。

迈凯伦在2023赛季继续使用Stratasys 3D打印机，这可能是他们在F1赛事期间拥有第二快赛车的原因之一。

2. 法拉利的3D打印活塞

一些F1车迷可能会惊讶地听到3D打印制造了一个真正的发动机活塞。法拉利公开谈论了其对金属3D打印的探索，以及该公司如何利用它来制造发动机活塞。该公司相信该技术不仅可以帮助减轻汽车重量，还可以提高发动机的可靠性。

具体而言，法拉利一直在探索可用于制造3D打印活塞的各种钢合金粉末。该公司希望放弃常用的铝合金粉末，转而依赖能够更好抵抗变形而在极端温度下不会断裂的钢合金。虽然钢合金可能更重，但法拉利可以采用减轻重量的网格设计，例如蜂窝结构，以减轻重量，同时保持零件的强度。

法拉利并不是唯一一家探索3D打印发动机设计的公司，但它是对此最有发言权的公司之一。

3. 3TAM的3D打印防滚架结构

近年来，3D打印和F1之间的关系可能已经扩大。2012年，3TAM（前身为3TRPD通过生产自己的3D打印滚箍概念向F1展示了金属3D打印的优势。

滚箍采用Ti6Al4V和Within Technologies的定制晶格设计，减轻了2公斤的重量。该设计使用WithinEnhanced软件进行了优化，包括将薄壁与内部网格结构相结合，以产生在车辆滚动期间保护驾驶员头部所需的结构强度。

F1车队对防滚架给予了积极的反馈，此后该防滚架已被纳入部分F1赛车中。

4. EOS制动踏板

当每一克都很重要时，F1车队就会努力减轻重量，甚至包括制动踏板！

EOS是金属激光粉末床熔融(LPBF)3D打印机的领先制造商，展示了其不仅能够减轻踏板重量，而且还能在此过程中加固踏板的能力。该公司要求工程师找到一种方法，利用其拓扑优化软件和LPBF打印技术来制造制动踏板并减轻其重量。踏板的重量仅为178克，采用蜘蛛网状设计以确保结构稳定性。EOS表示，它可以进一步减轻80克的重量，制造出轻至98克的功能部件。

截至2021年，这些踏板仅是演示版，并未指定用于比赛，但是，如果F1车队愿意，他们可以进行测试，以确保符合国际汽联的安全标准。

5. 用于风洞测试的阿尔法罗密欧3D打印制动入口

索伯阿尔法罗密欧寻求采用聚合物激光烧结技术来制造和测试其制动入口设计，该公司利用该技术比传统制造更快迭代多个制动入口创意。该团队表示，他们很享受3D打印技术提供的灵活性和速度，同时也让它能够发现确保汽车发挥最佳性能的设计。