雷诺F1车队:我们追求的不止是赛场上的速度
还有赛车的研发速度

国际金属加工网 2017年10月20日

3D Systems协作提升风洞试验、液体流动装置和汽车部件的研发速度和能源创新

挑战:

推动汽车研发,在不断变化的环境下提升汽车性能

解决方案:

3D Systems从打印机、材料到应用的一站式解决方案

成果:

· 一小队工程师一周内制作出数百个风洞试验用的部件

· 使用3D Systems的SLA和SLS打印技术,数小时内即可制作出复杂的汽车部件,而传统手段则需要数周

· 通过3D打印的熔模铸造原型来进行更多的部件创新设计

· 通过对精密夹具和固定装置的设计和制作,获得更好的装配质量,传统手段制作需要耗费大量时间,甚至根本无法制作

· 用于测试和汽车使用的3D打印部件开创了新方式

雷诺F1车队通过与3D Systems的研发合作开辟了新的创新方式

对于一级方程式赛车来说,不懈的创新就是其动力源泉。团队不知疲倦地工作就是为了比赛达到巅峰表现,这也与雷诺F1车队的核心精神不谋而合。对车辆性能提升的执着追求和技术合作伙伴的能力为车队达成目标起到关键作用。

雷诺F1车队的技术总监尼克·切斯特表示:“通过一场又一场比赛,经过研发和模拟实验的严苛测试选择,由复杂的复合材料和宇航合金制成的车辆零部件让我们看到了曙光。在赛季末,我们希望赛车可以比之前每秒多转一圈,这对我们的技术合作伙伴来说是非常苛刻的要求。但我们不能接受无法为我们带来车辆性能提升的合作伙伴。”

持续创新、积极协作和丰富的3D打印经验是雷诺车队选择3D Systems的一大原因。

位于英国恩斯通的雷诺车队自1998年始,就开始在其核心操作中使用3D Systems的技术。作为3D打印原型的早期使用者,车队使用3D打印也是基于3D打印技术的发展轨迹。早期使用包括进行功能与拟合设计验证和制作用于精确装配的夹具及固定装置。

随着合作的不断加深,3D Systems的应用工程师帮助雷诺车队更深入的运用3D打印技术。车队能够有能力进行风洞试验,对于双方的合作及通过3D打印熔模铸造对汽车零部件进行创新也有积极的影响。

技术总监切斯特表示:“雷诺车队从3D Systems收到的支持也是随着其技术的进步不断变化的,如果我们回顾之前,你可以发现,随着材料性能的提升,车队已经将3D打印的应用拓展到了更多的工程领域。每年通过3D打印的汽车部件数量逐年增多,就设计多功能性、减少生产时间和降低成本方面而言,对于车队来说,获益良多。“

3D打印的熔模铸造原型帮助更快获取大型复杂金属部件

雷诺车队最近使用到的3D Systems设备包括2台SLA打印机和3台选择性激光烧结SLS打印机。材料涉及到:制作夹具&固定装置、液体流动装置、熔模铸造原型所用的Accura材料;制作风洞试验部件所用的DuraForm PA材料;制作汽车自身部件如电箱和冷却道所用的DuraForm GF材料。

从匹配材料到通过更优设计提升效率,雷诺车队同3D Systems之间的合作驱动了赛场上更卓越的表现。

追逐速度的脚步从未停止

每年,雷诺车队设计制造一辆新赛车来响应比赛规则的变化,这也是他们不断推陈出新的规律,旨在提升汽车性能。例如,赛车规则的变化将带来诸多挑战,2017赛季更新包括更大更重的轮胎、更宽的前翼、更低更宽的后翼和更高的扩散器,这也就是说,2016赛季用的部件无法在2017赛季使用。

一旦赛季开始,压力就会持续升级:有时候只有短短的一周可以用来进行部件的工程表更。从专用赛道到街道赛,每场比赛给工程师们都带来了结构、气候和沥青类型的巨大挑战。

3D Systems的SLA技术使雷诺车队能够快速响应工程变更

快速验证设计

从一开始,3D打印原型就已被证明在制造紧凑的赛车内部零件方面是非常有用的。雷诺车队很快就看到了3D打印在拟合和功能测试领域的潜力,因为他们注意到3D Systems的设备可以制作极复杂的部件。意识到了这些,他们开始更多的利用3D打印技术,逐渐从快速原型延伸到风洞模型制造。

华纳提到:“在风洞试验中,空气动力学是一门实证科学,我们通过设计和对比新概念,从中选择设计方向。比对和评估的设计概念越多,我们赢得胜利的几率就越大。“依照部件质量、设备运行时间和产量,3D Systems的SLA设备对于车队所需的生产力来说是一大福音。

通过风洞试验的发展驱动动力学的发展

雷诺车队的空气动力学部门近年来显著成长,迄今已有120位空气动力学家、风洞技术人员和模型塑造师。华纳表示这很大部分也是因为使用了3D Systems的3D打印技术的原因。他将复杂的内流道技术引入到风洞测试模型的设计中,这是3D Systems技术带来的一个重要影响也是获取更多压力读数的机会。

通过3D Systems的金属打印助力汽车部件的创新探索

华纳说到:“风洞试验中的车辆模型处于一个复杂的压力传感网络。在没有使用SLA技术前,还需要通过钻孔的方式将金属和碳纤维组件定位。如今我们能够制作内部具有复杂流道的实体,彻底提升了放置更多传感器的能力。这就像一个空气动力学家的梦想成真了。“

华纳估计单风洞试验每周就需要600个3D打印部件,由先进数字制造(ADM)的工程师5人团队完成。

华纳表示:“我们不能按照惯例行事。“

“我们需要一家面面俱到的公司来满足我们的需求。3D Systems可以提供一站式服务。我们可以得到想要的设备、材料和3D Systems应用工程师们所具有的专业知识。”

汽车部件的制造速度和精度

就生产力和效率而言,3D打印已经显著提升了雷诺车队应对不同比赛环境的能力。使用了SLA和SLS技术,复杂的夹具与固定装置、液体流动装置和汽车零部件数小时就能制作出来,不再需要数周。这使3D打印技术成为一级方程式赛车的理想选择。

除了在风洞试验中测试了大量汽车部件,雷诺车队还直接制作一些汽车部件。雷诺车队的首席运营官罗伯·怀特提到:”3D Systems的技术为我们提供了一个新的有效率的流程,让我们缩短了制作时间并降低了成本,为团队增加了无法衡量的价值。一方面,我们为可以对同一部件在风洞试验中进行数次迭代而激动不已,另一方面,我们也注意每年有更多的烧结部件被用于实际车辆制造中。“

3D 打印帮助车队制作的部件,更轻质且提升速度和燃油效率,与此同时还能作为准确流动测试的,另外提升发动机性能和减少磨损不在话下。一旦设计完成,样件数据和所选择的材料就会通过ADM部门进行制作。使用SLA和SLS技术,制造复杂的汽车部件效率远胜从前。

SLA原型在制作如变速箱和悬挂部件的应用上也越来越普遍,由此车队工程师的设计创造更不受局限。SLA工艺精度很高,这使得不但在生产原型的时候节省大量时间,在后期加工的时候也节省不少时间。

赛车研发新方式

3D Systems技术的优势、经验和服务与雷诺车队的重要任务紧密连结,包括创新、生产力优化和准度和精度提升。对于雷诺车队的首席技术官鲍勃·贝尔来说,3D Systems不只是技术供应商:车队与3D Systems之间有着良好的合作伙伴关系,将共同探索3D打印巨大的潜力。

“我们同3D Systems之间的合作让我们在过去20年更具生产力,也更有效率。3D打印开辟了新的生产途径,我相信未来会更好。“

(3D Systems)

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