Stratasys, equipe Champion Motorsport se prepara para testar a tecnologia principal impressa em 3D

Em 27 de junho, um carro 911 Porsche GT2 RS Clubsport modificado da Champion Motorsport (Pompano Beach, Flórida, EUA) terminou em primeiro lugar na Divisão Time Attack 1 do 99 ^th Pikes Peak International Hill Climb em Colorado Springs, Colorado, EUA

Um dos segredos para o sucesso da equipe foram as estruturas aerodinâmicas do carro - as asas, strakes underbody, difusor e outros componentes do veículo que movem o ar de forma mais eficiente em torno do veículo enquanto ele dirige. Muitos desses componentes foram impressos em 3D pela parceira Stratasys (Rehovet, Israel e Eden Prairie, Minn., EUA), incluindo a primeira aplicação bem-sucedida para uma nova tecnologia de núcleo de sanduíche envolto em fibra de carbono sem ferramentas.

Provando ferramentas impressas em 3D e tecnologias básicas

A Champion Motorsport é cliente da Stratasys há vários anos, “mas a parceria se transformou em mais do que um relacionamento fornecedor / cliente típico”, afirma Allen Kreemer, engenheiro sênior de aplicações estratégicas da Stratasys. Por exemplo, a Stratasys e a Champion trabalharam anteriormente juntas para testar uma nova técnica que a Stratasys desenvolveu para ferramentas solúveis de impressão 3D. Com esta tecnologia, um núcleo de plástico solúvel moldado para um duto ou outra parte em forma de tubo é impresso e então embrulhado com pré-impregnado de fibra de carbono. Usando um tanque de remoção de suporte solúvel, o ferramental impresso se dissolve, deixando um duto composto oco, sem costura e acabado.

“Esse foi realmente o início de nossa parceria com a Champion Motorsport, onde trabalhamos juntos para criar este duto de fibra de carbono muito complicado e sem costura de uma forma não tradicional, sem limites como na usinagem ou moldagem CNC”, diz Patrick Carey, vice-presidente sênior - Américas, produtos e soluções na Stratasys.

Em 2019, as empresas decidiram fazer parceria em um projeto para testar uma nova iteração da mesma tecnologia:núcleo embrulhado em fibra de carbono impresso em 3D que não dissolver na água, que é, em vez disso, um núcleo estrutural para a peça acabada ou protótipo.

Kreemer explica que, para componentes em sanduíche, trabalhar e moldar os materiais do núcleo - sejam eles alveolares de alumínio flexível, espuma estrutural rígida ou qualquer outra coisa - pode ser difícil e caro, exigindo moldagem ou usinagem e, em seguida, moldagem com as películas de compósito de fibra de carbono em um molde dedicado. A Stratasys imprime um núcleo de favo de mel rígido usando plástico de alta temperatura SABIC (Riade, Arábia Saudita) Ultem 1010. “Imprimimos a forma exata para caber no carro, depois simplesmente embrulhamos com fibra de carbono, embalamos e curamos, sem usar molde”, diz Kreemer. “Começamos com os núcleos solúveis, que nossos clientes ainda usam, e agora mudamos para esses núcleos sanduíche, que terão amplas aplicações no setor aeroespacial e automotivo.”

“Chamamos isso de‘ sem ferramentas ’e essa é realmente a chave”, acrescenta Carey. “Nós criamos este aplicativo para pular todo o processo de construção do molde e depois colocá-lo no molde.” Ele observa que a eliminação de ferramentas também permite que a forma seja facilmente alterada conforme necessário.

Aerodinâmica premiada impressa em 3D

Para o projeto Champion Motorsport, três tecnologias diferentes foram incluídas nas 16 peças aerodinâmicas totais que a Stratasys construiu para prototipagem ou instalação final no veículo de corrida, explica Carey. “Imprimimos os núcleos Ultem 1010 [envolto em fibra de carbono], imprimimos em 3D algumas peças usando náilon 12 preenchido com fibra de carbono e imprimimos as peças usando náilon 6 quando era necessária flexibilidade e resistência ao impacto.”

A maior parte era um protótipo de difusor traseiro de 2,10 m de comprimento e 1,50 m de largura que foi construído para testar o projeto da peça final. Ele foi impresso em sete peças em uma impressora Stratasys F900 de modelagem por deposição fundida (FDM) usando o polímero de polieterimida Ultem 1010 (PEI), unidos, envoltos em pré-impregnado de fibra de carbono, ensacados e curados em forno. O tempo de resposta para a peça foi de cerca de cinco dias para impressão e pouco mais de 24 horas para layup e cura:“Foi extremamente rápido, e o que precisávamos na época”, observa Chris Lyew, engenheiro mecânico da Champion Motorsport.

Causado pela incerteza de se eventos presenciais poderiam ser realizados neste verão devido ao COVID-19, “o projeto ficou online de última hora e muitos sistemas precisaram ser tratados ao mesmo tempo”, explica Lyew. “A aerodinâmica é um deles e normalmente é um processo muito demorado” de projetar, testar e iterar os componentes, diz ele. Os métodos convencionais exigiriam a criação de ferramentas, disposição manual no molde e corte e encaixe do núcleo. “Sem esse processo, não poderíamos ter cumprido nossas metas para testar o carro na pista”, diz Lyew.

O divisor dianteiro do carro também foi prototipado e testado de maneira semelhante. Para as peças que eram protótipos, as peças de produção finais foram feitas com ferramentas tradicionais, mas a peça do protótipo foi usada como um padrão para testar diferentes iterações. Carey observa:“Com um processo sem ferramentas, podemos iterar mais rápido, testá-lo e, em seguida, iterar mais rápido, testá-lo. Com as ferramentas tradicionais, você nunca seria capaz de iterar, basta fazer uma e ficar preso a ela. Aqui, podemos fazer uma parte real, testá-la e aprender com ela. ”

Várias peças de produção menores também foram produzidas pela Stratasys. Por exemplo, os winglets de cada lado do pára-choque dianteiro do carro foram impressos em náilon 12 com 35% de fibra de carbono, as saias laterais do veículo também foram impressas em Ultem 1010 com preenchimento interno em favo de mel e, em seguida, embrulhado em fibra de carbono.

Muitos dos "strakes" aerodinâmicos do carro - pequenas peças em forma de barbatana que se prendem ao exterior do veículo em pontos estratégicos para ajudar a controlar o fluxo de ar ao redor do veículo - também foram impressos em náilon 12 preenchido com fibra de carbono ou náilon 6 não reforçado. as peças são projetadas para serem facilmente reprojetadas ou substituídas conforme necessário devido a danos ou desgaste. “Em Pikes Peak, existem algumas características de terreno acidentado que poderiam causar danos, portanto, a capacidade de substituir [os strakes] facilmente foi fundamental para nós”, acrescenta Lyew. Vários conjuntos sobressalentes também foram impressos e entregues para fácil substituição durante a corrida, conforme necessário.

Além do pico de Pikes

Pikes Peak acabou sendo uma corrida ideal para testar essa tecnologia, diz Kreemer, por causa do ambiente único específico para este evento, que é realizado a 14.000 pés de altitude no ponto mais alto. “Todos os carros de corrida usam downforce para empurrar o carro para a pista para ganhar tração, mas esses carros em Pikes Peak são diferentes de qualquer outra forma de automobilismo no mundo, porque precisam de efeitos aerodinâmicos realmente exagerados para manter os carros na pista [ naquela altitude]. ” O resultado são asas maiores e outros componentes aerodinâmicos do que seriam usados ​​em qualquer outro tipo de carro de corrida.

No futuro, a Stratasys planeja apresentar sua tecnologia de núcleo impresso sem ferramentas para outras empresas de corrida para peças aerodinâmicas semelhantes. Carey diz que existem muitas outras aplicações potenciais em peças automotivas de baixo volume, marítimas de recreio ou mesmo peças aeroespaciais interiores no futuro. “Acreditamos que podemos agregar valor a qualquer aplicativo que requeira iteração ou design personalizado”, afirma.