Innovation

Wie Racing Champions 3D-Druck für den Sieg einsetzen

Wie Racing Champions 3D-Druck für den Sieg einsetzen

Dieser gesund aussehende Workshop gehört zum TU Delft Formula Student Team, einem der erfolgreichsten Teams in der Geschichte des Sports. Formula Student ist ein Ingenieurwettbewerb für Studenten, der jährlich in Großbritannien stattfindet. Die Schüler entwerfen, bauen, testen und fahren einen kleinen Formel-Rennwagen. Es zieht Teams der besten technischen Universitäten der Welt an. Zu den Richtern zählen häufig ehemalige Teammitglieder führender Formel-1-Teams.

Im Westen der Niederlande liegt eine Stadt namens Delft, die vor allem für zwei Dinge bekannt ist: ihre handbemalte blau-weiße Keramik und ihre erstklassige technische Universität. Die Universität wurde 1842 vom niederländischen König Wilhelm II. Gegründet und hat einige der weltweit führenden Ingenieure in verschiedenen Bereichen hervorgebracht. Zu diesen Wissenschaftlern gehören der Astronaut Lodewijk van den Berg und der ehemalige MIT-Dekan N. John Habraken.

Die drei Erfolgsfaktoren (Team, Aufgabe und Optimierbarkeit)

Das Formel-Student-Team von Delft hat in den letzten Jahren große Erfolge erzielt und zwei der letzten drei Formel-Studenten-Rennen gewonnen. Mit der Krone auf der renommierten Silverstone-Rennstrecke in den Jahren 2014 und 2015 sind sie das dritt erfolgreichste Team in der Geschichte der Formelschüler. Chefingenieur Jonas verdankt ihren Erfolg der Kenntnis der spezifischen Rolle im Team:

"Ich bin verantwortlich für das Top-Level-Konzept des Autos und stelle sicher, dass jeder Teil des Autos zum Kernziel passt, nämlich effiziente Bewegung."

Mit Werkzeugen wie Drehmaschine, Mühle, Kohlefaserlaminator und 3D-Druck erledigt das Delfter Team die Aufgabe, in nur neun Monaten einen kompletten Rennwagen im Formel-Stil zu bauen. Der Schlüssel zum Erfolg in so kurzer Zeit liegt darin, sich schnell zu bewegen und gleichzeitig einen vielseitigen Build beizubehalten. Wenn Herausforderungen auftreten, können Dinge optimiert und geändert werden, ohne den gesamten Prozess neu zu starten. Hier kommt der 3D-Druck ins Spiel.

Alles beginnt mit einem Rad

Die erste Anwendung des 3D-Drucks bei Delft liegt im Lenkrad des Teams. Es wurde nicht nur mit 3D-Druck als Prototyp erstellt, sondern auch für die Endteilproduktion. Wenn mehrere Fahrer im Team sind, haben sie während der Fahrt jeweils individuelle Vorlieben.

Der größte Berührungspunkt im Auto für Fahrer ist ein Lenkrad, was es für die Designer zu einem heißen Thema macht, wie es sich anfühlen, greifen und funktionieren soll. Der beste Weg, um das ständige Hin und Her zwischen dem Designteam und den Fahrern zu lösen, war die Verwendung des FDM-3D-Drucks. Auf dieser erschwinglichen und schnellen Route können die Fahrer genau angeben, was sie möchten, ohne dass angesichts der kurzen Zeitspanne von neun Monaten große Kosten und Verzögerungen entstehen.

Sie nutzten das 3D Hubs Student Program, ein Netzwerk von 3D-Druckdiensten in über 100 Ländern, und erhielten eine kurze Bearbeitungszeit zu reduzierten Kosten.

Das Fused Deposition Modeling (FDM) extrudiert eine Kunststoffrolle durch eine beheizte Düse, die die Kunststoff-Gebäudeschichten schmilzt. Es kühlt dann ab und verfestigt sich.

Jonas sagte: "Ein 3D-Drucker kümmert sich nicht so sehr um diese Geometrieeinschränkungen. Dies bedeutete, dass wir iterieren und testen, iterieren und testen konnten, ohne uns um die Kosten oder Verzögerungen sorgen zu müssen."

Der Prozess der Herstellung des Lenkrads begann mit einem sehr rudimentären lasergeschnittenen Stück Holz, auf dem Ton gestapelt war. Die Fahrer drückten dann mit angezogenen Fahrhandschuhen auf das Lenkrad, um einen groben Umriss zu erstellen, und scannten 3D in die Modellierungssoftware. Während des Modellierungsprozesses wollte sie ein Lenkrad beschichten, das keine Stützen benötigte, damit es in kurzer Zeit gedruckt werden konnte. Diese Iterationen könnten ausgegeben werden, wenn Treiber sie testen.

Die drei Fahrer, die das Rad testeten, verwendeten es sehr unterschiedlich - einige mit Untergriff, andere mit Übergriff und. Ein etwas umständliches Problem für das Designteam zu schaffen, bedeutete, die Fahrer bei Laune zu halten. Die endgültige Produktion optimierte den Handgriff an allen Seiten. Unabhängig davon, welcher Fahrer am Steuer saß, würde die Lenkung ihren Bedürfnissen entsprechen. Jonas erwähnte:

"Das Lenkrad ist eng und muss in der Lage sein, mit viel Kraft umzugehen. Die Fahrer müssen in der Lage sein, sich wirklich in die Form zu graben und Kraft um die Ecken auszuüben. Wenn es stark ist und einen guten Griff hat, schafft es Vertrauen in die." Fahrer. "

Die komplexe Klammer

Ein weniger sichtbarer Teil des Autos nutzte auch die Vorteile des 3D-Drucks, allerdings aus einem ganz anderen Grund als Preis oder Geschwindigkeit. Metall-3D-Druck, eine in der Automobilindustrie bekanntere Technologie, wurde verwendet, um eine integrierte Halterung zu erstellen, die die Lenkstange des Innenrads mit der Vorderseite des Fahrzeugs verband.

Das Team stellte dieses Teil aus Titan mithilfe eines Verfahrens her, das als direktes Metalllasersintern (DMLS) bezeichnet wird. Ein mechanischer Arm verteilt eine dünne Schicht feinen Titanpulvers auf das Druckbett, während ein leistungsstarker Kohlendioxidlaser das Pulver schmilzt und das Titan miteinander verschmilzt.

Aufgrund der Pulverbetttechnologie des Druckers können die Geometrien, die hergestellt werden können, äußerst komplex sein. Wenn ein vollständiges Pulverbett gesintert ist, benötigt das Objekt keine komplexen Stützstrukturen, da es von einem Poder umgeben ist. Dies ist anders als bei FDM, das extrudiert und nicht gesintert wird. Jonas erklärte:

"Der Grund, warum wir für das Teil Titan-3D-Druck verwendet haben, war, dass es einfach nicht anders hergestellt werden konnte. Wir brauchten sehr spezifische Geometrien für die aufgebrachten Lasten."

Erfolg beim 3D-Druck

Das Delft Formula Student Team hat zwei verschiedene Anwendungen hervorgehoben, wobei zwei verschiedene Technologien die Vorteile nutzen, die sie bieten. Wenn der 3D-Druck zugänglicher wird und sich immer mehr Materialien, Geometrien und Anwendungen entwickeln, werden diese in der Automobilindustrie sichtbar. Formula Student wird in den kommenden Jahren sicherlich eine Hochburg der Innovation sein, und ich bin gespannt, wie sich die Autos neben den verfügbaren Technologien entwickeln.

Mitwirkender Autor: George Fisher-Wilson, Kommunikationsmanager für 3D Hub

[Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von George Fisher-Wilson]

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