Możliwości optymalizacyjne technologii addytywnych od lat wykorzystywane są w szerokim spektrum aplikacji z branży automotive. Z druku 3D korzystają najwięksi producenci motoryzacyjni, wytwarzając zarówno prototypy jak i właściwe części, niezbędne do zapewnienia najwyższej jakości produkcji. Potencjał metod addytywnych dostrzegają również młodzi inżynierowie, wykorzystując technologię w projektach studenckich, odnosząc przy tym sukcesy.
ETSEIB Motorsport to zespół wyścigowy, w którego skład wchodzą ambitni studenci z dwóch barcelońskich uczelni – Szkoły Inżynierii Przemysłowej (ETSEIB) oraz Szkoły Inżynierii Telekomunikacyjnej (ETSETB). W ramach swojej działalności w zespole, studenci zajmują się projektowaniem oraz budową samochodów elektrycznych, które biorą udział w rywalizacji w ramach międzynarodowych zawodów Formuła Student. Tworzone przez nich pojazdy są w stu procentach elektryczne.
W swojej pracy studenci muszą zachować wszelkie standardy dotyczące jakości elementów samochodów wyścigowych, gdyż przy wysokich prędkościach bezpieczeństwo kierowcy jest priorytetem. Jednocześnie, tworząc i optymalizując części swoich bolidów muszą mieć na uwadze skromny budżet studenckiego projektu. Z uwagi na ten fakt, zdecydowali się na rozwiązanie, które pozwoliło im na tańszą produkcję elementów, bez utraty tak istotnej jakości elementów.
Szukanie alternatyw dla tradycyjnych metod produkcji sprawiło, że studenci zdecydowali się na przetestowanie technologi druku 3D. Otrzymane wyniki okazały się na tyle satysfakcjonujące, że zespół zdecydował się na wdrożenie metody do produkcji części końcowych. W pojazdach ETSEIB Motorsport drukowane 3D są kanały chłodzące hamulców, zoptymalizowanych tak, aby maksymalizować osiągi bolidów. Elementy wykonywane są z materiału PAHT CF15, wytrzymałego filamentu, domieszkowanego włóknem węglowym.
Wydrukowane 3D części są istotnym elementem, stanowiącym o wydajności hamulców pojazdu. Podczas hamowania, temperatura hamulców rośnie – jeśli nie zostanie ona prawidłowo odprowadzona współczynnik tarcia zmniejsza się, a wraz z nim spada wydajność hamowania. Wpływa to nie tylko na jakość jazdy (m.in. sterowność bolidu), ale może prowadzić do szybszej degradacji tarcz hamulcowych.
Studenci poszli więc o krok dalej i zdecydowali się, że na optymalizację kanałów chłodzących nie tylko dla konkretnego pojazdu, ale również do toru, na jakim będzie się ścigać. Każdy tor poddawany jest analizie i w zależności od długości trasy oraz poziomu jej trudności (np. ilości zakrętów) przygotowywany inny rodzaj wlotu powietrza.
Idealne dopasowanie pojazdu do warunków panujących na torze może pozwolić na uzyskanie kilku cennych sekund przewagi nad rywalami. Dla przykładu, na trasach z dużą ilością zakrętów konieczne jest wydajne chłodzenie układ hamulcowego, przez co wlot jest znacznie większy. Z kolei w przypadku tras o długich, prostych odcinkach optymalne jest skorzystanie z kanału z mniejszym wlotem, który poprawi aerodynamikę pojazdu.
Zespół wiedział, że aby stworzyć elementy o wymaganej wytrzymałości mechanicznej i temperaturowej musiał wykorzystać materiał domieszkowany włóknem węglowym. Tradycyjne metody produkcji oraz konieczne wyposażenie (m.in specjalne formy) okazały się zbyt dużym wydatkiem, co utwierdziło studentów w przekonaniu, że warto sięgnąć po technologię druku 3D.
Do realizacji swojego projektu studenci wybrali drukarkę 3D hiszpańskiego producenta, BCN3D Epsilion. Wielogłowicowe urządzenie pozwoliło na wytwarzanie z PAHT CF15, materiału domieszkowanego włóknem węglowym oraz tworzywa podporowego. Dodatkowo, urządzenie posiada dedykowaną komorę roboczą wyposażoną w filtr HEPA, przez co praca z materiałem jest bezpieczna nawet w środowisku biurowym.
Materiał budulcowy wyróżnia szereg zalet, m.in. wysoka sztywność i wytrzymałość oraz możliwość pracy w wysokich temperaturach (do 180 ºC), co daje pewność zachowania stabilności wymiarowej w czasie użytkowania. Moduł Younga o wartości 8,3 GPa zapewnia wystarczającą wytrzymałość na uderzenia kamieni lub żwiru w czasie wyścigu.
Jak wyglądał budżet realizowanego przedsięwzięcia? Gdyby zdecydowano się na standardową produkcję z materiału domieszkowanego włóknem węglowym, koszt stworzenia niezbędnego wyposażenia kosztowałby ok. €600, a stworzenie jednej sztuki to wydatek €90. Wybierając technologię przyrostową, studenci zminimalizowali koszt produkcji części do €32,5, eliminując potrzebę kupowania dodatkowego wyposażenia. Co więcej, wykorzystanie materiału poliamidowego jako osnowy włókna węglowego podniosło wytrzymałość części i wydłużyło ich żywotność.
Oficjalnym dystrybutorem drukarek 3D BCN3D Technologies w Polsce jest firma Global 3D.
Źródło: bcn3d.com
