Stratasys, Champion Motorsport bekerja sama untuk menguji teknologi inti cetak 3D

Pada tanggal 27 Juni, mobil 911 Porsche GT2 RS Clubsport yang dimodifikasi dari Champion Motorsport (Pompano Beach, Fla., AS) menempati posisi pertama di Time Attack 1 Division of the 99 ^th Pikes Peak International Hill Climb di Colorado Springs, Colorado, AS

Salah satu rahasia kesuksesan tim adalah struktur aerodinamis mobil — sayap, rangka bawah bodi, diffuser, dan komponen lain pada kendaraan yang menggerakkan udara lebih efisien di sekitar kendaraan saat dikendarai. Banyak dari komponen ini dicetak 3D oleh mitra Stratasys (Rehovet, Israel dan Eden Prairie, Minn., A.S.), termasuk aplikasi pertama yang berhasil untuk teknologi inti sandwich tanpa alat yang dibungkus serat karbon.

Membuktikan perkakas cetak 3D dan teknologi inti

Champion Motorsport telah menjadi pelanggan Stratasys selama beberapa tahun, "tetapi kemitraan telah berubah menjadi lebih dari sekadar hubungan vendor/pelanggan biasa," kata Allen Kreemer, insinyur aplikasi strategis senior di Stratasys. Misalnya, Stratasys dan Champion sebelumnya bekerja sama untuk menguji teknik baru yang dikembangkan Stratasys untuk perkakas larut pencetakan 3D. Dengan teknologi ini, inti plastik larut yang dibentuk untuk saluran atau bagian berbentuk tabung lainnya dicetak dan kemudian dibungkus dengan prepreg serat karbon. Dengan menggunakan tangki pelepas penopang yang dapat larut, perkakas yang dicetak akan larut, meninggalkan saluran komposit berongga yang mulus dan selesai.

“Itu benar-benar awal dari kemitraan kami dengan Champion Motorsport, di mana kami bekerja sama untuk menciptakan saluran serat karbon yang sangat rumit dan mulus ini dengan cara yang non-tradisional, tanpa batas seperti pada mesin atau pencetakan CNC,” kata Patrick Carey, senior VP – Amerika, produk dan solusi di Stratasys.

Pada tahun 2019, perusahaan memutuskan untuk bermitra dalam sebuah proyek untuk menguji iterasi baru dari teknologi yang sama:inti terbungkus serat karbon cetak 3D yang tidak larut dalam air, yang merupakan inti struktural untuk bagian atau prototipe yang sudah jadi.

Kreemer menjelaskan bahwa untuk komponen sandwich, bekerja dengan dan membentuk bahan inti — apakah sarang lebah aluminium fleksibel, busa struktural kaku atau yang lainnya — bisa sulit dan mahal, memerlukan pembentukan atau pemesinan dan kemudian dicetak dengan kulit komposit serat karbon dalam cetakan khusus. Stratasys mencetak inti sarang lebah yang kaku menggunakan plastik suhu tinggi SABIC (Riyadh, Saudi Arabia) Ultem 1010. “Kami mencetak bentuk yang tepat agar pas di mobil, lalu cukup bungkus dengan serat karbon, kantong dan pengawet, tanpa menggunakan cetakan,” kata Kreemer. “Kami mulai dengan inti yang dapat larut, yang masih digunakan pelanggan kami, dan sekarang kami telah pindah ke inti sandwich ini, yang akan memiliki aplikasi luas di ruang angkasa dan otomotif.”

"Kami menyebutnya 'tanpa alat', dan itu benar-benar kuncinya," tambah Carey. “Kami telah membuat aplikasi ini untuk melewati seluruh proses pembuatan cetakan dan kemudian meletakkannya di cetakan.” Dia mencatat bahwa penghapusan perkakas juga memungkinkan bentuk mudah diubah sesuai kebutuhan.

Aerodinamika pemenang penghargaan dengan cetakan 3D

Untuk proyek Champion Motorsport, tiga teknologi berbeda dimasukkan ke dalam 16 bagian aerodinamis total yang dibuat Stratasys untuk pembuatan prototipe atau instalasi akhir pada kendaraan balap, Carey menjelaskan. “Kami mencetak inti Ultem 1010 [terbungkus serat karbon], kami mencetak 3D beberapa bagian menggunakan nilon 12 yang diisi serat karbon, dan kami mencetak bagian menggunakan nilon 6 saat fleksibilitas dan kekuatan benturan diperlukan.”

Bagian terbesar adalah bagian prototipe diffuser belakang sepanjang 7 kaki, lebar 5 kaki yang dibuat untuk menguji desain bagian akhir. Itu dicetak dalam tujuh bagian pada printer F900 fused deposition modeling (FDM) Stratasys menggunakan polimer Ultem 1010 polyetherimide (PEI), diikat bersama, dibungkus dengan prepreg serat karbon, dikantongi dan dikeringkan dengan oven. Waktu penyelesaian suku cadang adalah sekitar lima hari untuk pencetakan dan lebih dari 24 jam untuk layup dan curing:“Ini sangat cepat, dan apa yang kami butuhkan saat itu,” catat Chris Lyew, insinyur mesin di Champion Motorsport.

Disebabkan oleh ketidakpastian apakah acara tatap muka dapat diadakan musim panas ini karena COVID-19, “proyek tersebut online pada menit terakhir, dan banyak sistem yang perlu ditangani pada saat yang sama,” jelas Lyew. “Aerodinamika adalah salah satunya, dan biasanya merupakan proses yang sangat memakan waktu” dalam merancang, menguji, dan mengulangi komponen, katanya. Metode konvensional akan membutuhkan pembuatan perkakas, layup tangan pada cetakan dan pemotongan dan pemasangan inti. “Tanpa proses ini, kami tidak dapat memenuhi tanggal target kami untuk menguji mobil di trek,” kata Lyew.

Pembagi depan mobil juga dibuat prototipe dan diuji dengan cara yang sama. Untuk bagian yang merupakan prototipe, bagian produksi akhir dibuat dengan perkakas tradisional, tetapi bagian prototipe digunakan sebagai pola untuk menguji iterasi yang berbeda. Carey mencatat, “Dengan proses tanpa alat, kami dapat mengulangi lebih cepat, mengujinya, lalu mengulangi lebih cepat, mengujinya. Dengan alat tradisional, Anda tidak akan pernah bisa mengulanginya, Anda hanya membuatnya dan Anda terjebak dengannya. Di sini, kami dapat membuat bagian yang nyata, mengujinya, dan belajar darinya.”

Sejumlah bagian produksi yang lebih kecil juga diproduksi oleh Stratasys. Misalnya, winglet di kedua sisi bumper depan mobil dicetak dari nilon 12 berisi serat karbon 35%, side skirt kendaraan juga dicetak dalam Ultem 1010 dengan isian internal sarang lebah dan kemudian dibungkus dengan serat karbon.

Banyak "strakes" aerodinamis mobil - potongan kecil seperti sirip yang dipasang di bagian luar kendaraan di titik-titik strategis untuk membantu mengontrol aliran udara di sekitar kendaraan - juga dicetak dari nilon yang diisi serat karbon 12 atau nilon 6 yang tidak diperkuat. bagian dirancang agar mudah didesain ulang, atau diganti sesuai kebutuhan karena kerusakan atau keausan. “Di Pikes Peak, ada beberapa fitur medan kasar yang berpotensi menyebabkan kerusakan, jadi kemampuan untuk mengganti [strake] dengan mudah adalah kunci bagi kami,” tambah Lyew. Beberapa set cadangan juga dicetak dan dikirimkan untuk memudahkan penggantian selama balapan sesuai kebutuhan.

Melampaui Puncak Pikes

Pikes Peak akhirnya menjadi balapan yang ideal untuk menguji teknologi ini, kata Kreemer, karena lingkungan unik khusus untuk acara ini, yang diadakan di ketinggian 14.000 kaki di titik tertinggi. “Semua mobil balap menggunakan downforce untuk mendorong mobil ke trek untuk mendapatkan traksi, tetapi mobil khusus di Pikes Peak ini tidak seperti bentuk motorsport lain di dunia, karena mereka membutuhkan efek aerodinamis yang sangat berlebihan untuk menahan mobil ke trek [ di ketinggian itu].” Hasilnya adalah sayap yang lebih besar dan komponen aerodinamis lainnya daripada yang digunakan pada jenis mobil balap lainnya.

Ke depan, Stratasys berencana untuk memperkenalkan teknologi inti cetak tanpa alatnya ke perusahaan balap lain untuk suku cadang aerodinamis yang serupa. Carey mengatakan ada banyak aplikasi potensial lainnya di otomotif volume rendah, kelautan rekreasi, atau bahkan bagian ruang angkasa interior di masa depan juga. “Aplikasi apa pun yang memerlukan iterasi atau desain khusus, kami yakin kami dapat menambahkan nilai di sana,” katanya.