W dynamicznym środowisku, takim jak wyścigi samochodowe i motorowe, kluczowa jest prędkość – zarówno na torze, jak i poza nim. Różnica między wygraną a przegraną może wynosić zaledwie kilka sekund, dlatego doskonalenie osiągów samochodu wyścigowego jest kluczowym wymogiem każdego zespołu, nie tylko Formuły 1.
Formula Student to zawody inżynierskie odbywające się corocznie na całym świecie, w których zespoły uczelniane projektują, budują, a następnie testują i ścigają się swoimi bolidami wyścigowymi, podobnie jak w Formule 1. Konkurs przyciąga zespoły z najlepszych uczelni technicznych, a wśród sędziów są byli członkowie czołowych zespołów Formuły 1.
Szybkie reagowanie na świat ciągle zmieniających się przepisów przy jednoczesnym zachowaniu przewagi konkurencyjnej wymaga kultury innowacji. Dlatego zespoły projektowe i inżynieryjne biorące udział w rywalizacji, muszą być w stanie opracować nowe projekty, aby poprawić osiągi samochodu.
Druk 3D
Idealny do tworzenia szybkich iteracji i złożonych rozwiązań inżynieryjnych, druk 3D jest ważnym atutem dla projektantów i inżynierów, pragnących przyspieszyć cykl rozwoju produktu. Wraz z rozwojem technologii addytywnych stanowi alternatywę w tradycyjnym wytwarzaniu funkcjonalnych części bolidów. Kluczowe w opracowywaniu nowych projektów komponentów w samochodach wyścigowych jest skrócenie czasu i obniżenie kosztów ich produkcji. Druk 3D umożliwia wytwarzanie części znacznie szybciej, niż pozwala na to konwencjonalna produkcja, eliminując czasochłonne etapy projektowania i wytwarzania wzoru i formy przed wyprodukowaniem części.
Jedną z najczęściej wykorzystywanych technologii addytywnych w optymalizacji bolidów wyścigowych zawodów Formula Student jest HP Multi Jet Fusion 3D. Odkąd HP wprowadziło swoje autorskie rozwiązania do druku 3D, kilka zespołów wykorzystuje je z powodzeniem w tworzeniu zarówno pojazdów spalinowych, jak i elektrycznych. Są to między innymi zespoły studentów inżynierii z Oregon State University, niemieckiej uczelni Duale Hochschule Baden-Württemberg-Ravensburg, (które w ostatnich latach były 16 razy na podium zawodów), Delft University of Technology oraz rodzimego AGH.
Zarówno zespół z Delft, jak i Krakowa (AGH Racing) wykorzystuje technologię HP MJF 3D w ramach outsourcingu, za pośrednictwem firm odpowiadających za dystrybucję tej technologii na swoich lokalnych rynkach (3D Hubs – Holandia, HP3D.pl – Polska)
Case AGH Racing
Głównym czynnikiem wpływającym na osiągi samochodu klasy Formuła Student jest niska masa pojazdu. W tym celu zespół AGH Racing wykorzystuje technologię HP MJF 3D do druku jednego z kluczowych elementów, jakim jest kolektor dolotowy. Jego precyzyjne wykonanie i niska masa wpływają bezpośrednio na osiągi. W najnowszej konstrukcji auta spalinowego korzystając z urządzeń HP3D.pl wydrukowano z materiału PA 12 zarówno zwężkę, jak i przepustnicę, a także runnery kolektora dolotowego.
Optymalizacja kolektora dolotowego – złączki i przepustnica
O ile wykonanie zwężki konwencjonalnymi metodami nie było dotychczas problemem dla zespołu, to już zrobienie dedykowanej przepustnicy wymagałoby zastosowania obrabiarki 5-osiowej lub wielu „przemocowań” w wypadku zastosowania 3-osiowej obrabiarki, jaką dostępuje w swoim warsztacie Koło AGH Racing. Dlatego też projekt obu elementów przemyślany był pod kątem druku 3D, co umożliwiło znaczne zmniejszenie gabarytów przepustnicy i przeniesienie napinacza linki przepustnicy na zwężkę.
Co więcej, pozwoliło to na zastosowanie znacznie mniejszego i dokładniejszego czujnika TPS.
Następnym istotnym aspektem było ograniczenie elementów złącznych. Precyzyjne odzwierciedlenie kolektora dolotowego umożliwiło sklejenie z nim zwężki, przez co wpłynęło na obniżenie masy, natomiast połączenie zwężki i przepustnicy dało z kolei możliwość sprawdzenia jej średnicy podczas kontroli technicznej. Wykonane zostało więc połączenie obrotowe, blokowane przez Safety Wire, co znacznie przyśpiesza i ułatwia demontaż i montaż tych elementów podczas kontroli. Powyżej opisane komponenty nie byłyby możliwe do wykonania w innej technologii niż druk 3D w zaawansowanej technologii, jaka jest HP MJF 3D.
Ostatecznie udało się ograniczyć masę całego układu ponad dwukrotnie (z 470g do 205g). Biorąc pod uwagę, że elementy znajdują się w najwyższej części bolidu, obniża to również znacznie środek ciężkości. Nie można również pominąć aspektu wizualnego, gdzie elementy drukowane w technologii HP MJF 3D są bardzo estetyczne. Druk HP3D oferuje również możliwość nadruku logotypów oraz np. kodów QR z istotnymi informacjami technicznymi, a wydrukowane komponenty praktycznie bezpośrednio po wydruku, są gotowe do montażu w pojeździe.
Drukowane w 3D runnery kolektora dolotowego
Kolejnymi elementami podzespołu silnika, który zespół AGH Racing postanowił zastosować w nowej konstrukcji bolidu, są runnery kolektora dolotowego. Tu oczywiście równie istotna jest redukcja masy jak i precyzja odwzorowania. Odpowiednie umiejscowienie gniazda wtryskiwacza daje możliwość uzyskania jak najlepszej waporyzacji paliwa, trafiającego do kanału dolotowego.
W poprzedniej konstrukcji opartej na spawanych elementach problemem było pozycjonowanie gniazd wtryskiwaczy i ich dokładność wykonania, która znacznie odbiegała od założonej. Jedyną alternatywną do druku 3D opcją na wykonanie tych elementów byłoby ich frezowanie, co jednak wiązałoby się z długim czasem produkcji oraz ogromnymi stratami materiału. W przypadku druku 3D możliwe było wykonanie znacznie bardziej skomplikowanych kształtów, a także zredukowanie masy.
Global Formula Racing
Dzięki wykorzystaniu druku HP 3D także zespoły studenckie z Oregon i niemieckiej uczelni Duale Hochschule Baden-Württemberg-Ravensburg, które działają razem jako Global Formula Racing (GFR), mogą opracowywać i produkować kluczowe części o nietypowych kształtach geometrycznych, dopasowanych do ciasnych przestrzeni bolidu, jednocześnie spełniających wytyczne Formula Student. Od 2019 roku GFR zaprojektował i skonstruował trzy samochody – elektryczny, spalinowy i bezzałogowy wykorzystując drukarki HP 3D do stworzenia wielu skomplikowanych części do swojego bolidu spalinowego.
Wśród tych elementów znajdują się wkładki służące do mocowania błotników samochodu do podwozia, kanał dolotowy, w którym powietrze i paliwo mieszają się przed wtryskiem do silnika oraz zbiornik paliwa. Addytywna produkcja tych części pozwoliła zespołowi GFR wystawić jeden z najlżejszych samochodów spalinowych ostatnich rywalizacji w ramach Formuły Student – mówi Bob Paasch, profesor inżynierii mechanicznej na OSU i doradca wydziału zespołu. Ten jednomiejscowy pojazd z odkrytymi kołami waży zaledwie 323 funty.
Bolid spalinowy zaprojektowany i wykonany przez studentów z GFR na zawody Formula Student
Produkcja addytywna napędza kreatywność młodych inżynierów, odrywając ich od starych, motoryzacyjnych konwencji, takich jak używanie tylko części samochodowych dostępnych na rynku detalicznym lub czekanie tygodni, albo miesięcy na wykonanie niestandardowych komponentów na tradycyjnych maszynach.
Innowacyjne technologie pozwalają skrócić czas opracowywania nowych projektów, a także wytwarzania części do użytku końcowego, przez co zapewniają znaczną przewagę w wydajności produkcyjnej.
CZYTAJ WIĘCEJ: