Impressão 3D e Fórmula Um:5 tendências nos esportes motorizados

Em um ambiente dinâmico como a Fórmula 1, a velocidade é fundamental - dentro e fora da pista. Já que a diferença entre uma vitória ou uma derrota pode ser uma margem de meros segundos, aperfeiçoar a engenharia de um carro de corrida é um imperativo fundamental de qualquer equipe de Fórmula Um.

Mas responder rapidamente a um mundo de regulamentações em constante mudança e, ao mesmo tempo, manter uma vantagem competitiva requer uma cultura de inovação. As equipes de projeto e engenharia da Fórmula Um devem, portanto, ser capazes de desenvolver novos projetos para melhorar o desempenho do carro.

Então, onde se encaixa a impressão 3D?

Ideal para produzir iterações rápidas e soluções de engenharia complexas, a impressão 3D é um recurso significativo para designers e engenheiros que buscam acelerar o ciclo de desenvolvimento de produtos.

Da prototipagem à criação de componentes leves, veremos como as equipes de Fórmula Um estão usando a impressão 3D para aumentar o desempenho e a inovação.

1. Prototipagem mais rápida

Dois objetivos principais ao desenvolver novos projetos para componentes de carros de corrida são: 1) reduzir o tempo de produção e 2) reduzir custos .

Desenvolvendo protótipos de ajuste e função é, portanto, crucial para validar uma parte antes que a versão final seja produzida. Aqui, a impressão 3D se destaca, fornecendo um meio econômico de produzir protótipos com as mesmas propriedades ou propriedades semelhantes da peça final.

Os regulamentos e especificações técnicas para as equipes de Fórmula Um são definidos pelo órgão regulador do automobilismo FIA (Fédération Internationale de l’Automobile). Dentro dessa estrutura, os engenheiros normalmente projetam um carro novo a cada ano. Nesse ritmo de mudança, é importante colocar um protótipo em produção o mais rápido possível, assim que for concebido.

A impressão 3D permite a fabricação de peças muito mais rápido do que a fabricação convencional permitiria. Com a tecnologia, os engenheiros podem eliminar as etapas demoradas de projetar e produzir um padrão e molde antes de fabricar a peça. Isso ocorre porque a impressão 3D começa com o arquivo CAD digital, que pode ser enviado para a produção em apenas uma fração do tempo.

Por exemplo, a equipe de F1 na base da Williams F1 diz-se que é capaz de enviar mais de 2.000 peças impressas em 3D por mês - um número que não seria possível se as peças fossem produzidas com meios de fabricação convencionais.

2. Maior flexibilidade de design

A impressão 3D oferece a capacidade de modificar o design de componentes de forma rápida e econômica . Ser capaz de fazer mudanças rápidas no design e imprimi-los em 3D em um curto espaço de tempo significa que os engenheiros podem encontrar erros e modificar o design em um curto espaço de tempo.

Isso é particularmente importante para o design, que enfrenta um desafio de “embalagem”. Para obter vantagem aerodinâmica máxima, os carros de corrida são projetados para serem elegantes, não deixando muito espaço dentro do próprio carro. No entanto, esse recurso também torna difícil embalar os componentes do carro de uma forma que permita o fácil acesso às partes internas do carro durante as paradas nos boxes.

Com a impressão 3D, os engenheiros têm maior flexibilidade para experimentar novos projetos rapidamente e desenvolver os componentes e configurações mais adequados.

3. Teste de túnel de vento aprimorado

A impressão 3D tornou-se uma ferramenta indispensável para a produção de peças duráveis ​​e precisas para testes em túnel de vento , um meio importante de avaliar as propriedades aerodinâmicas de um carro de corrida. A aerodinâmica é um elemento importante do automobilismo - avaliar as forças potenciais em um veículo e como isso afetará sua velocidade pode fazer a diferença entre uma vitória ou uma derrota.

Para equipes de F1, o teste de carros reais é normalmente limitado a apenas algumas vezes por ano. Modelos de túnel de vento, portanto, fornecem uma maneira muito mais rápida e barata de testar peças de automóveis.

O teste do túnel de vento envolve a colocação de um modelo, com 60 por cento do tamanho de um carro real, em uma esteira para simular as mesmas condições (altas velocidades, forças do vento etc.) que um carro alcançará durante a corrida e fazer quaisquer ajustes se necessário.

Atualmente, a impressão 3D é mais amplamente usada para criar peças a serem testadas nesta réplica de carro de corrida . Em comparação com a usinagem e a criação de modelos, a impressão 3D oferece uma maneira mais rápida, barata e eficiente de produzir modelos para testes em túnel de vento. Outra vantagem é, novamente, a velocidade:se uma mudança de projeto for necessária, a manufatura aditiva facilita a produção de componentes que podem ser testados no túnel de vento com muito mais rapidez.

A Equipe Alfa Romeo Sauber F1 , por exemplo, usa amplamente a impressão 3D SLS e SLA para produzir peças, incluindo asas dianteiras, dutos de freio e tampas de suspensão, bem como tampas de motor, dutos internos e defletores manuais para modelos de carros em túnel de vento. A equipe foi capaz de usar a tecnologia para imprimir em 3D de 200 a 300 peças de plástico por dia de trabalho, afirmando que “seria impossível fazer isso de outra forma que não a produção de peças de manufatura aditiva”.

4. Produção rápida de ferramentas

A impressão 3D também é uma tecnologia inestimável quando se trata de p equipamento de ferramentas para rodar , de gabaritos e acessórios a ferramentas de sacrifício e compostas. Com a tecnologia, os fabricantes são capazes de produzir ferramentas complexas e personalizadas sem os altos custos e longos prazos de entrega associados à produção de ferramentas tradicionais.

Por exemplo, a tecnologia FDM pode ser usada para produzir ferramentas de lay-up de forma mais rápida e econômica, usando materiais de alto desempenho como ULTEM. A equipe de Fórmula 1 da McLaren reconheceu os benefícios do AM, tendo usado FDM para imprimir em 3D uma ferramenta de lay-up para uma grande extensão da aba da asa traseira. A peça, projetada para aumentar a força descendente traseira, foi produzida com material ULTEM 1010 em três dias, reduzindo significativamente o lead time.

A impressão 3D também oferece o benefício adicional de produzir ferramentas sob demanda, acelerando a produção e a montagem. Algumas equipes já estão usando a impressão 3D na pista para produzir ferramentas que ajudem nas modificações de última hora durante as corridas. Isso tem o benefício adicional de eliminar a necessidade de serviços caros de correio.

5. Desempenho aprimorado da peça

Quando as equipes procuram melhorar a velocidade, confiabilidade e eficiência dos componentes dos carros de corrida, a impressão 3D pode ajudar a melhorar o desempenho das peças .

Como os carros de corrida precisam ser relativamente leves, os metais mais usados ​​são o alumínio com peças feitas de fibra de carbono.

A impressão 3D é especialmente adequada para a produção de componentes de metal e termoplásticos complexos e leves que podem criar uma vantagem significativa de desempenho. Em teoria, a economia de peso oferecida pelas peças impressas em 3D pode fazer a diferença entre ganhar e perder.

A Equipe Alfa Romeo Sauber de Fórmula 1 , por exemplo, produz componentes de metal impressos em 3D para uso nos carros finais, incluindo tampas verticais, equipamentos de garagem, componentes de escapamento e vários conjuntos exclusivos de intercooler e entradas e saídas de radiador por carro.

Os desafios da impressão 3D no automobilismo

Apesar dos usos atuais da impressão 3D na Fórmula Um e no automobilismo como um todo, vários desafios ainda permanecem quando se trata de maximizar totalmente o potencial da tecnologia.

Nº 1 garantindo consistência

As peças impressas em 3D acabadas muitas vezes podem variar no que diz respeito ao material final e às propriedades dimensionais. Como as equipes de esportes motorizados frequentemente terceirizam parte ou a maior parte do processo de manufatura aditiva, isso significa que você pode não obter exatamente a mesma peça todas as vezes.

No entanto, as vantagens oferecidas pela impressão 3D incentivam muitas empresas de esportes motorizados a trazer mais impressão 3D internamente para ter mais controle sobre o processo de fabricação.

# 2 Educação

No entanto, a impressão 3D interna pode ser uma fonte de outros desafios, um dos quais é a falta de conhecimento técnico. Embora a impressão 3D já exista há algumas décadas, a adoção na manufatura como ferramenta de prototipagem e produção tem sido gradual. Isso também afetou a educação - o que significa que muitos designers não tiveram muita experiência ou exposição à manufatura aditiva.

Como resultado, o automobilismo que busca alavancar os benefícios da impressão 3D também deve estar preparado para investir em programas de treinamento como um meio de construir o know-how e as habilidades necessárias.

# 3 Gerenciando a produção 24 horas

À medida que os recursos internos de impressão 3D das empresas de esportes motorizados aumentam, também aumentam os volumes de peças produzidas. Algumas empresas neste campo estão usando mais de 10 máquinas e produzindo milhares de peças e protótipos por semana. Com volumes tão altos, as empresas inevitavelmente enfrentarão o desafio de gerenciar a produção de peças impressas em 3D se não houver um sistema de gerenciamento de fluxo de trabalho em vigor.

Algumas dessas ineficiências incluem o gerenciamento manual do grande volume de solicitações recebidas, recebidas diariamente. Uma grande parte desses fluxos de trabalho também carece de visibilidade e rastreabilidade, especialmente porque as empresas trabalham em instalações e locais. Isso significa que as equipes não conseguem rastrear projetos de maneira eficiente em todo o processo de produção.

Uma das maneiras de superar esse desafio é automatizar o máximo possível do estágio de fluxo de trabalho. O software de automação de fluxo de trabalho dedicado é uma ferramenta útil para superar muitos dos gargalos que as empresas de esportes motorizados podem encontrar ao gerenciar a produção de impressão 3D. Alguns dos benefícios incluem automatizar o processo de gerenciamento de solicitação, programação de trabalho e rastreamento de peças desde a solicitação até a produção e além.

Casos de uso atuais

Como a impressão 3D ainda é mais comumente usada para prototipagem no setor de esportes motorizados, há um equívoco comum de que a tecnologia permanece inadequada para a produção de peças finais com resistência e durabilidade suficientes para serem usadas em aplicações de alto desempenho, como carros de corrida.

No entanto, a impressão 3D já está sendo usada nos mais altos níveis de engenharia do automobilismo como uma alternativa viável às peças de automóveis usinadas, que podem ser mais pesadas, menos econômicas e mais demoradas de produzir.

bastidor de rolo impresso em 3D

Por exemplo, um arco de rolagem - uma estrutura crítica de segurança que protege o motorista em caso de capotamento - está sendo impresso em 3D em metal pela equipe Alfa Romeo Sauber F1.

Notavelmente, esta peça é feita de Scalmalloy, um metal leve desenvolvido especificamente para manufatura aditiva. Ao usar este material em conjunto com DMLS (Direct Metal Laser Sintering), o Sauber F1 pode produzir um aro de rolo muito mais leve com recursos internos complexos para integridade estrutural. Ele também foi capaz de reduzir os prazos de produção em 20-25%. Os aros de rolo convencionais, que eram usinados em alumínio, tinham um lead time muito mais longo e eram menos consistentes em resistência em comparação com a peça produzida aditivamente, de acordo com a empresa.

Peças estruturais para automóveis

A McLaren F1 Team também está usando a impressão 3D para produzir peças estruturais de automóveis - apenas no ano passado, a empresa imprimiu em 3D um suporte estrutural para um carro de corrida de 2017 usando impressoras 3D Stratasys. Feito com náilon reforçado com fibra de carbono em uma impressora 3D FDM, o suporte foi impresso em 3D em apenas quatro horas, em comparação com as duas semanas estimadas necessárias para criar tal componente usando métodos de fabricação tradicionais.

Impressão 3D para esportes motorizados:uma vantagem competitiva

Como as empresas de esportes motorizados se esforçam continuamente para melhorar o desempenho de seus carros, ao mesmo tempo em que cumprem os regulamentos de corrida em constante mudança, a impressão 3D apresenta uma infinidade de benefícios para o setor.

A tecnologia pode ajudar a reduzir o tempo de desenvolvimento de novos projetos, bem como a produzir peças de uso final que podem oferecer uma vantagem significativa de desempenho. À medida que a tecnologia é cada vez mais adotada, veremos ainda mais aplicativos inovadores surgindo, levando as equipes à vitória.