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Cómo los campeones de carreras utilizan la impresión 3D para la victoria

Cómo los campeones de carreras utilizan la impresión 3D para la victoria

Este taller de aspecto saludable pertenece al equipo TU Delft Formula Student, uno de los equipos más exitosos en la historia del deporte. Formula Student es un concurso de ingeniería para estudiantes que se celebra anualmente en el Reino Unido. Los estudiantes diseñan, construyen, prueban y compiten con un auto de carreras estilo fórmula a pequeña escala. Atrae a equipos de las mejores universidades técnicas del mundo. Los jueces a menudo incluyen ex miembros del equipo de los principales equipos de Fórmula 1.

Enclavada en el oeste de los Países Bajos, se encuentra una ciudad llamada Delft, famosa principalmente por dos cosas: su cerámica azul y blanca pintada a mano y su universidad técnica de primer nivel. Fundada en 1842 por el rey holandés Guillermo II, la universidad ha creado algunos de los ingenieros más importantes del mundo en varios campos. Estos académicos incluyen al astronauta Lodewijk van den Berg y al ex decano del MIT N. John Habraken.

Las tres T del éxito (equipo, tarea y capacidad de ajuste)

El equipo Formula Student de Delft ha tenido un gran éxito en los últimos años, ganando dos de las últimas tres carreras de Formula Student. Al llevarse la corona en la famosa pista de carreras de Silverstone en 2014 y 2015, se han convertido en el tercer equipo más exitoso en la historia de Formula Student. El ingeniero jefe Jonas atribuye su éxito a ser consciente del rol específico de cada uno en el equipo:

"Estoy a cargo del concepto de alto nivel del automóvil, asegurándome de que cada parte del automóvil se ajuste al objetivo principal, que es el movimiento eficiente".

Utilizando herramientas como un torno, un molino, un laminador de fibra de carbono e impresión 3D, el equipo de Delft completa la tarea de construir todo un auto de carreras estilo Fórmula en solo nueve meses. La clave del éxito en tan poco tiempo es moverse rápidamente manteniendo una estructura versátil. Cuando surgen desafíos, las cosas se pueden modificar y cambiar sin reiniciar todo el proceso. Aquí es donde la impresión 3D es crucial.

Todo comienza con una rueda

La primera aplicación de impresión 3D utilizada por Delft se encuentra en el volante del equipo. No solo fue prototipado con impresión 3D, sino también para la producción de piezas finales. Tener varios conductores en el equipo significaba que cada uno tenía preferencias individuales al conducir.

El mayor punto de contacto en el automóvil para los conductores es el volante, lo que lo convierte en un tema candente de debate para los diseñadores sobre cómo debe sentirse, agarrar y funcionar. La mejor manera de resolver el constante vaivén entre el equipo de diseño y los conductores era utilizar la impresión 3D FDM. Esta ruta rápida y asequible permite a los conductores especificar exactamente lo que quieren sin incurrir en grandes costos y retrasos dado el corto período de tiempo de nueve meses.

Utilizaron el programa para estudiantes de 3D Hubs, una red de servicios de impresión 3D en más de 100 países, y obtuvieron un tiempo de respuesta corto a un costo reducido.

El modelado de deposición fundida (FDM) funciona extruyendo un carrete de plástico a través de una boquilla calentada que derrite las capas de construcción de plástico. Luego se enfría y solidifica.

Jonas dijo, "una impresora 3D no se preocupa tanto por esas limitaciones de geometría. Esto significaba que podíamos iterar y probar, iterar y probar sin preocuparnos por el costo o las demoras".

El proceso de creación del volante comenzó con una pieza de madera cortada con láser muy rudimentaria con arcilla apilada encima. Luego, los conductores presionaron el volante con guantes de conducción puestos para crear un contorno aproximado y escanearon en 3D en el software de modelado. Durante el proceso de modelado, querían crear un volante que no necesitara soportes para que se imprimiera en poco tiempo. Esas iteraciones podrían producirse a medida que los controladores probaran htem.

Los tres conductores que probaron la rueda la usaron de manera muy diferente: algunos usaron agarre inferior, otros usaron agarre excesivo y. Crear un problema un poco incómodo para el equipo de diseño significó mantener contentos a los conductores. La producción final optimizó el agarre de la mano en todos los lados. Independientemente de qué conductor estuviera al volante, la dirección se adaptaría a sus necesidades. Jonas mencionó:

"El volante es un espacio estrecho y debe ser capaz de soportar mucha fuerza. Los conductores deben poder profundizar realmente en la forma y aplicar fuerza en las curvas. Ser fuerte y tener un buen agarre infunde confianza en el conductores ".

El soporte complejo

Una parte menos visible del automóvil también utilizó los beneficios de la impresión 3D, pero por una razón muy diferente al precio o la velocidad. La impresión 3D de metal, una tecnología más familiar en la industria automotriz, se utilizó para crear un soporte integral que conectaba la barra de dirección de la rueda interior a la parte delantera del vehículo.

El equipo hizo esta pieza de titanio mediante un proceso llamado sinterización directa por láser de metal (DMLS). Un brazo mecánico extiende una fina capa de polvo fino de titanio sobre la cama de impresión, mientras que un potente láser de dióxido de carbono derrite el polvo y fusiona el titanio.

Debido a la tecnología de lecho de polvo de la impresora, las geometrías que se pueden realizar pueden ser extremadamente complejas. Tener un lecho completo de polvo sinterizado significa que el objeto no necesita estructuras de soporte complejas porque está rodeado de poder. Esto es diferente al FDM que es extruido, no sinterizado. Jonas explicó:

"La razón por la que usamos la impresión 3D de titanio para la pieza fue que simplemente no se podía hacer de otra manera. Necesitábamos geometrías muy específicas para las cargas que se estaban aplicando".

Éxito de la impresión 3D

El equipo de estudiantes de Delft Formula ha destacado dos aplicaciones diferentes, que utilizan dos tecnologías diferentes para aprovechar los beneficios que brindan. A medida que la impresión 3D se vuelve más accesible y continúa desarrollando una mayor gama de materiales, las geometrías y aplicaciones se harán evidentes en la industria automotriz. Es seguro que Formula Student en los próximos años será un semillero de innovación y estoy emocionado de ver cómo los autos se desarrollan junto con las tecnologías disponibles.

Escritor colaborador: George Fisher-Wilson, director de comunicaciones de 3D Hub

[Todas las imágenes son cortesía de George Fisher-Wilson]

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