Stratasys Bekerja Sama dengan Champion Motorsport untuk Memvalidasi Teknologi Inti 3D Print di Pikes Peak Performance

Pada 27 Juni, mobil Porsche GT2 RS Clubsport 911 yang dimodifikasi dari Champion Motorsport (Pompano Beach, Fla., AS) berhasil meraih peringkat pertama di Time Attack 1 Division dari Pikes Peak International Hill Climb ke-99 di Colorado Springs, Colo., AS.

Salah satu rahasia keberhasilan tim adalah struktur aerodinamis mobil - sayap, strake bawah, difusor dan komponen lain di atas kendaraan yang memindahkan udara lebih efisien di sekitar kendaraan saat berjalan. Banyak komponen ini dicetak 3D oleh mitra Stratasys (Rehovet, Israel dan Eden Prairie, Minn., AS), termasuk aplikasi pertama yang berhasil untuk teknologi inti sandwich dibungkus serat karbon tanpa cetakan.

Membuktikan alat cetakan dan teknologi inti 3D print

Champion Motorsport telah menjadi pelanggan Stratasys selama beberapa tahun, "tetapi kemitraan telah berubah menjadi lebih dari hubungan vendor/pelanggan biasa," kata Allen Kreemer, engineer aplikasi strategis senior di Stratasys. Sebagai contoh, Stratasys dan Champion sebelumnya bekerja sama untuk menguji teknik baru yang telah dikembangkan Stratasys untuk mencetak 3D alat cetakan larut. Dengan teknologi ini, inti plastik larut yang dibentuk untuk saluran atau bagian berbentuk tabung dicetak dan kemudian dibungkus dengan prepreg serat karbon. Menggunakan tang pengendapan support larut, alat cetakan yang dicetak larut, menghasilkan 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 dengan cara yang tidak tradisional, tanpa batasan seperti dalam mesin CNC atau cetakan," kata Patrick Carey, senior VP - Amerika, produk dan solusi di Stratasys.

Pada 2019, perusahaan memutuskan untuk bekerjasama dalam proyek untuk menguji iterasi baru dari teknologi yang sama: inti dibungkus serat karbon yang dicetak 3D yang tidak larut dalam air, melainkan inti struktural untuk bagian atau prototipe akhir.

Kreemer menjelaskan bahwa untuk komponen sandwich, bekerja dengan dan membentuk material inti - baik raut madu aluminium fleksibel, busa struktural kaku atau yang lainnya - dapat sulit dan mahal, memerlukan pembentukan atau pemesinan lalu cetakan dengan kulit komposit serat karbon dalam cetakan khusus. Stratasys mencetak inti raut madu kaku menggunakan Ultem 1010 plastik suhu tinggi SABIC (Riyadh, Arab Saudi). "Kami mencetak bentuk yang tepat untuk memasang di mobil, kemudian cukup dibungkus dengan serat karbon, kantong dan dikuring, tanpa menggunakan cetakan," kata Kreemer. "Kami memulai dengan inti larut, yang masih digunakan pelanggan kami, dan sekarang kami telah beralih ke inti sandwich ini, yang akan memiliki aplikasi luas di penerbangan antariksa dan otomotif."

"Kami menyebutnya 'tanpa cetakan,' dan itulah sebenarnya kunci," menambahkan Carey. "Kami telah menciptakan aplikasi ini untuk melewati seluruh proses pembuatan cetakan lalu penyelarasan dalam cetakan." Dia mengatakan bahwa eliminasi alat cetakan juga memungkinkan bentuk dengan mudah diubah sesuai kebutuhan.

Aerodinamis 3D print yang memenangkan penghargaan

Untuk proyek Champion Motorsport, tiga teknologi berbeda digunakan dalam total 16 bagian aerodinamis yang dibangun Stratasys baik untuk prototipe atau pemasangan akhir pada kendaraan balap, Carey menjelaskan. "Kami mencetak inti [dibungkus serat karbon] Ultem 1010, kami mencetak 3D beberapa bagian menggunakan nylon 12 terisi serat karbon, dan kami mencetak bagian menggunakan nylon 6 ketika fleksibilitas dan kekuatan tahan tabrakan diperlukan."

Bagian terbesar adalah prototipe bagian difusor belakang yang berukuran 7 kaki panjang x 5 kaki lebar yang dibangun untuk menguji desain bagian akhir. Dicetak dalam tujuh potongan pada printer FDM F900 Stratasys menggunakan polimer PEI Ultem 1010, dikaitkan bersama, dibungkus dengan prepreg serat karbon, dikantong dan dikuring dalam oven. Waktu putaran bagian sekitar lima hari untuk pencetakan dan sedikit lebih dari 24 jam untuk penyelarasan dan kuring: "Sangat cepat, dan apa yang kami butuhkan saat itu," catat Chris Lyew, engineer mekanik di Champion Motorsport.

Karena ketidakpastian apakah acara tatap muka dapat diadakan musim panas ini karena COVID-19, "proyek hadir pada saat terakhir, dan banyak sistem perlu diatasi pada saat yang sama," Lyew menjelaskan. "Aerodinamis adalah salah satunya, dan biasanya proses yang sangat memakan waktu" merancang, menguji dan mengulangi komponen, katanya. Metode konvensional akan membutuhkan pembuatan alat cetakan, penyelarasan tangan dalam cetakan dan pemotongan serta pemasangan inti. "Tanpa proses ini, kami tidak akan dapat memenuhi tanggal target untuk menguji mobil di balap," kata Lyew.

Splitter depan mobil juga diprototipe dan diuji dengan cara yang serupa. Untuk bagian yang merupakan prototipe, bagian produksi akhir dibuat dengan alat cetakan tradisional, tetapi bagian prototipe digunakan sebagai pola untuk menguji iterasi yang berbeda. Carey menyatakan, "Dengan proses tanpa cetakan kami dapat mengulangi lebih cepat, mengujinya, lalu mengulangi lebih cepat, mengujinya. Dengan alat tradisional, Anda tidak akan pernah dapat mengulangi, Anda hanya membuat satu dan terjebak padanya. Di sini, kami mampu membuat bagian nyata, mengujinya dan belajar darinya."

Beberapa bagian produksi kecil juga diproduksi oleh Stratasys. Sebagai contoh, sayap kecil di kedua sisi bumper depan mobil dicetak dari nylon 12 terisi serat karbon 35%, side skirt kendaraan juga dicetak dalam Ultem 1010 dengan isian raut madu internal lalu dioverwrap dengan serat karbon.

Banyak "strakes" aerodinamis mobil - potongan kecil seperti sirip yang dibekukan pada titik strategis di luar kendaraan untuk membantu mengontrol aliran udara di sekitar kendaraan - juga dicetak dari nylon 12 terisi serat karbon atau nylon 6 tanpa penguat. Bagian ini dirancang untuk dengan mudah diredesain atau diganti sesuai kebutuhan karena kerusakan atau aus. "Di Pikes Peak, ada cukup banyak fitur medan kasar yang dapat menyebabkan kerusakan, jadi kemampuan untuk mengganti [strake] dengan mudah sangat penting bagi kami," menambahkan Lyew. Beberapa set cadangan juga dicetak dan dikirim untuk penggantian mudah selama balap sesuai kebutuhan.

Di luar Pikes Peak

Pikes Peak ternyata merupakan balap yang ideal untuk menguji teknologi ini, kata Kreemer, karena lingkungan unik yang spesifik untuk acara ini, yang diadakan di ketinggian 14.000 kaki di titik tertinggi. "Semua mobil balap menggunakan downforce untuk mendorong mobil ke balap untuk mendapatkan traksi, tapi mobil-mobil ini di Pikes Peak tidak seperti bentuk motorsport lainnya di dunia, karena mereka memerlukan efek aerodinamis yang sangat berlebihan untuk menahan mobil di balap [di ketinggian itu]. Hasilnya adalah sayap dan komponen aerodinamis yang lebih besar dibandingkan yang akan digunakan pada jenis mobil balap lainnya."

Ke depan, Stratasys berencana untuk memperkenalkan teknologi inti cetak tanpa cetakan kepada perusahaan balap lainnya untuk bagian aerodinamis serupa. Carey mengatakan ada banyak aplikasi potensi lain di otomotif volume rendah, rekreasi laut atau bahkan bagian interior penerbangan antariksa di masa depan. "Setiap aplikasi yang memerlukan iterasi atau desain khusus, kami yakin kami dapat menambahkan nilai di sana," katanya.